02年秦沈客运专线（现京哈铁路的一部分）接入车站，车站开始改造工程。2002年12月13日山海关站迎来了秦沈客运专线的试验列车中华之星的首次试运行。在2003年年初试验中列车跑出了312.5公里的时速，为当时中国铁路的最高速。2003年10月9日秦沈客运专线正式接入车站。2004年11月8日，山海关站新建造的站舍正式投入运营。2005年8月1日，中华之星投入秦沈客运专线山海关-间的服务。2010年津秦客运专线建设期间，铁路部门实施津山线秦山枢纽外绕工程，将线路外绕秦皇岛站、经柳村北后接入本站上行咽喉