东直门外大街以北的东直门交通枢纽，在枢纽地下设置东直门站，与2号线、13号线换乘；之后沿东直门外斜街、京顺路下穿三元桥出三环，在三环外设置三元桥站与10号线换乘。随后在京顺路与机场高速公路中间的绿化带（机场高速西北侧、京顺路东南侧）出地面改为高架并跨过四元桥出四环；又逐渐落地下穿五元桥出五环，再出地面以地面线与高速公路并行；至北皋桥再入地下穿机场高速至机场高速东南侧。线路至温榆桥与机场高速分离，沿李天路北侧向东并分为两条线路，一条向东北，高架进入3号航站楼综合交通枢纽二层，设置3号航站楼站；另一条向北入