En la organización del transporte, la optimización de ferrocarriles de alta velocidad (HSR), optimizaciones como la planificación de líneas, la fijación de precios de los billetes y la asignación de asientos se estudian generalmente por separado. Sin embargo, en la realidad, cuando los pasajeros eligen trenes, necesitan considerar múltiples factores como las rutas de los trenes, los planes de paradas, los precios de los asientos, la disponibilidad de asientos y los horarios de salida. Por lo tanto, hay una necesidad urgente de un método de optimización integrado para tomar decisiones simultáneas con respecto a estos múltiples factores. Este estudio construye un modelo de optimización no lineal de planificación de líneas que integra decisiones de fijación de precios diferenciados y asignación de asientos para HSR bajo demanda elástica. Para resolver eficientemente el modelo, se propone un algoritmo heurístico mejorado basado en el marco de recocido simulado combinado con un método de asignación lineal de flujo de pasajeros. Finalmente, el análisis de casos demuestra que el algoritmo mejorado puede resolver efectivamente el modelo bajo las condiciones de entrada de una red de HSR en forma de Y compuesta por 13 estaciones, con un potencial de mejora del 106.54% desde la solución inicial hasta la solución final. La singularidad de nuestro estudio radica en la optimización conjunta de tres operaciones críticas de HSR, lo cual no ha sido explorado de manera exhaustiva en estudios previos y es de gran importancia para mejorar el nivel de operaciones de trenes HSR y servicios de pasajeros.