路北起于铁路永嘉站，向南经温州市中心城区、瑞安、平阳鳌江、龙港至苍南灵溪南部。S3线一期工程起于温州市鹿城区温州火车站站前广场，以地下线形式一路向南下穿温州火车站后，向西拐入既有温瑞大道，之后与温瑞快速路一起沿温瑞大道路中共建，继续向南穿瓯海大道至温州中学附近逐渐由地下转至地上高架，于帆海西路南侧与温瑞快速路分离，后沿温瑞大道东侧向南上跨规划南环线、高速温州南互通、金丽温高速及规划金丽温高速东延线、甬台温高速，后以隧道形式依次穿过肩牛山和岩窝儿山至仙岩，后继续向东南行进隧道穿过莲花山、后向西南拐入温瑞大