建设高效、绿色、可持续的城市物流系统是我国中长期发展战略的重要内容，而目前我国大城市物流配送中存在交通拥堵和物流能耗高等亟待解决的现实难题。基于此，研究基于两阶段的超大型城市物流网络选址与服务路径优化问题。从可持续城市物流体系视角出发，研究基于“外集内配”的超大型城市物流网络布局与小运转列车路径优化问题，构建总成本最小化为优化目标的两阶段物流配送网络布局与服务路径优化模型。针对该优化模型特征，设计基于改进的遗传算法求解。以北京市绿色物流配送网络布局与路径优化为例，进行相应的实证分析，验证上述优化决策模型及其求解算法的有效性，并对模型关键参数进行灵敏度分析。研究发现：（1）基于“外集内配”的物流配送体系是解决超大型城市供应物资物流网络布局问题的有效方案；（2）二级节点的运转能力对“外集内配”物流系统的运营效率有重要影响，当其转运能力比例达到70%左右时，总成本最低；（3）小运转列车的开行频率对城市物流系统总成本有重要影响。本研究为我国超大型城市绿色物流布局与服务路径优化决策提供相应理论依据，助力超大型城市高效可持续绿色物流体系建设。