北广场与铁路北进站口、西北出口相连，自建成以后，也是长途客运、出租、轨交、公交等交通换乘地点。2000年12月，上海轨道交通3号线开通，其中途径上海站，并设有上海火车站站的上下客站。其主要进出口设在北广场，并通过地下过道与南广场相连。2005年12月，4号线运营后，与3号线共线运营，其中包括上海火车站站。2005年11月，位于上海站西北侧的上海长途客运总站投入运营。北广场成为客运和列车的主要换乘场所。2009年起，为适应上海世界博览会召开，而导致铁路运输的客流激增。北广场开始进行大规模改造。2010年5月2