D321次列车，是
北京站开往
上海站的动车组旅客列车，由
中国铁路北京局集团有限公司担当。该列车于21:04从北京站开出，沿
京沪铁路下行线运行，途中停靠
天津西站、
南京站、
苏州站，最终于次日9:09到达上海站，总里程1463km，历时12时05分。全程二等座票价429元，软卧650元。车辆由北京铁路局北京动车段CRH2E型卧铺动车组担当，乘务由北京铁路局北京客运段担当。
为了与白天在京沪高铁开行的，往返于北京南站与上海站/上海虹桥站之间的
高速动车组列车形成互补的服务关系，为商旅人士节省出白天的宝贵工作时间，京沪既有线在夜间开行了D311/2、D313/4、D321/2等三对由
卧铺动车组担当的旅客列车，其中D313/4、D321/2为软卧动车组，D311/2为双层卧铺动车组。其中D321/2次列车在2018年7月1日调图后改至北京站始发终到。
D321次为北京站开往上海站的动车组列车，列车于21:04从北京站开出，沿京沪铁路下行线以160km/h目标速度运行，22:19到达天津西站普速场，停靠2分钟，次日6:36到达南京站普速场，停靠4分钟，8:16到达苏州站普速场，停靠2分钟，9:09到达终点上海站，历时12时05分，总里程1463km。全程二等座票价429元，软卧650元。（注：铁路部门针对京沪动卧试行浮动票价政策，部分出行高峰日期软卧票价会有上浮）
该次列车客运任务由北京铁路局新/老CRH2E型软卧动车组不定时轮流担当，（新）CRH2E动车组的1、16车为二等座车，定员55人；2~7车、9~15车为软卧车，定员40人；8车为餐吧车。非高峰时期D321次的后续交路为D322次（上海--北京），客运高峰时期套跑上海站与六安站之间往返的D9502/3、D9501/4次列车（卧铺代二等座）。
D311/2、D313/4等三对京沪动卧与
G21/
G6、G5/
G12等两对京沪高动为同起始终到站车次，但是运行路径不同。京沪动卧沿京沪既有线运行，停靠的是京沪线的南京站、苏州站，而G6/G12次等京沪高速动车组沿京沪高铁运行，停的是京沪高铁沿线的苏州北站、南京南站，请在中间站上车的乘客一定注意区别，以免给您的旅途带来不必要的麻烦。
D321次列车在2018年7月1日，全国铁路将实行新运行图，D321次列车改由
北京站始发，并增加
天津西站停靠，不再停靠
北京南站，同时D311次列车取消天津西站停靠，请乘坐京沪动卧列车的旅客注意区分车票上的信息，注意区分
北京站与
北京南站，以免因跑错车站而漏乘。