工程、随沪宁城际高速铁路开通而同步运营，初期仅开放西侧站场、候车室的11个站台11条股道和22个检票口，以安排开行以沪宁高铁本线列车为主的62对动车。同年10月26日，沪杭高速铁路正式通车，上海虹桥站承担始发终到南下动车组列车的作业，上海南站不再开行D字头列车；同时开行前往杭州站方向的高速动车组列车。2011年5月11日，上海虹桥站开始接发仍在试运行阶段的京沪高速铁路检测列车，作为京沪高铁开通前最后的试运行。同年6月30日，京沪高速铁路开通，上海虹桥站成为京沪高铁的始发站。同时，大量开行的跨线车使上海虹