פרט לסכסוך עם משרד האוצר הסתכסכה רכבת ישראל עם , בשל הפגיעה האקולוגית והנופית בשמורת טבע באזור הרי יהודה שבה זורם נחל יתלה. כבר בשנת 2003 הציעו הסביבתנים לסלול מנהרה ארוכה מתחת לנחל (במקום להעביר גשר מעליו), אך ברכבת ישראל טענו כי הדבר יגרור מסילה תלולה באורח בלתי מעשי. ב-2005 נבדקה שוב האפשרות לחפור מנהרה ארוכה מתחת לנחל, ורכבת ישראל הסכימה כי מדובר בחלופה בת-ביצוע, אך יקרה בכחצי מיליארד ש"ח. כמו כן, העריכו ברכבת כי התכנון מחדש יעכב את מועד סיום העבודות בשנתיים.
בשנת 2008 התעצם הוויכוח בין הארגונים הירוקים לרכבת ישראל, וכל אחד מהצדדים גיבה את החלופה שהציע בחוות דעת של מומחה. פרופסור אלפרד האק, מומחה בין-לאומי למנהור, גויס לטובת הגופים הירוקים וקבע כי הפתרון הטוב ביותר לרכבת בירושלים הוא מנהרה ארוכה מתחת לנחל יתלה. מנגד, רכבת ישראל גייסה לטובתה את פרופסור יוסי חצור מאוניברסיטת בן-גוריון, שקבע כי הסלע בתוואי המתוכנן הוא מהסוג הגרוע ביותר, ושההשקעה ההנדסית במנהרה ארוכה תהיה גדולה פי כמה מהתכנון המקורי. מן הצד השני, הגופים הירוקים שללו את טענות חברת הרכבת, ולטענתם הם הפריכו את ההערכות בנוגע לעלות הנוספת של החלופה שהציעו, ובנוגע לכך שהיא תימשך זמן רב יותר.
מינהל התכנון מינה ועדה חיצונית בראשות פרופסור עזרא סדן, שתמליץ על אחת החלופות. פרופסור סדן קבע שחלופת המנהור ישימה ככל הנראה מבחינה הנדסית, אך לחלופה זו אין תכנון הנדסי מוכן, להבדיל מחלופת חברת הרכבת, ולכן חלופה זו כרוכה בחוסר ודאות. פרופסור סדן העדיף את חלופת רכבת ישראל מטעמי לוח הזמנים לביצוע, עלות הביצוע וטעמים אחרים.
גם לאחר שהוחלט להעדיף את התוכנית של רכבת ישראל על פני החלופה של הארגונים הירוקים, מועצת הגנים הלאומיים ושמורות הטבע המשיכה להתנגד להמשך העבודות במסילה ואף לא אישרה את בקשתה של רכבת ישראל לפרוץ כביש גישה לכלי צמ"ה דרך שמורת הטבע של נחל יתלה.
ב-4 באוגוסט 2009 אישרה המועצה הארצית לתכנון ולבנייה את תוואי הרכבת. המועצה דחתה את החלופה שהציעה רשות הטבע והגנים והחליטה שלא להנמיך את מסילת הרכבת באזור נחל יתלה. עם זאת, שונה התכנון של הגשר מעל הנחל, כך שהפגיעה בנוף תקטן. במקום חמישה עמודים תומכים, ייבנה עמוד מרכזי אחד שיוצב בתוך הנחל.
סוגיית חציית הקו הירוק.
תוואי A1 עובר בשתי נקודות מעבר ל לאורך כ-6.7 קילומטרים: האחת מצפון למבשרת והאחרת החוצה את אצבע לטרון. בשנת 2000 ביטל שר התחבורה מטעם מפלגת העבודה, אפרים סנה, את קידום התוואי, בשל שיקולים תקציביים אך גם מרצון להימנע מזליגה מעבר לקו הירוק. בהמשך שונה תוואי המסילה כך שיעבור ברובו הגדול בתוך הקו הירוק במקום בחפיפה לכביש 443 הנוח טופוגרפית.
עם תחילת העבודות על מסילת הרכבת מהגשר מעל עמק איילון עד ירושלים, הפקיע ראש המינהל האזרחי תא"ל יואב מרדכי 50 דונם מהשטחים של הכפר הפלסטיני הסמוך בית איכסא, כדי לסלול עליהם דרך גישה בעת חירום למנהרה 3. ההפקעה התבצעה לצורך שינוי תוואי הרכבת, בעקבות המאבקים הרבים שעורר על רקע סוגיית שמירת הסביבה. הקרקעות המופקעות אינן מעובדות ואינן משמשות למגורים. עתירה כנגד ההפקעה נדחתה על ידי בג"ץ, כיוון שהוגשה באיחור רב.
במחצית הראשונה של 2011, עקב חציית הקו הירוק בשתי הנקודות כאמור, החליטה חברת דויטשה באן שהייתה שותפה בחלק קטן בפרויקט, בלחץ פלסטינים וקואליציית נשים לשלום שפעלו בשיתוף פעולה עם פעילים גרמניים, לבטל את השתתפותה בפרויקט.
תחנה במבשרת ציון.
עם אישור התוכנית למסילת הרכבת בשנת 2001, הודיעה רכבת ישראל כי הקמתה של תחנה במבשרת ציון איננה אפשרית בשל השיפוע התלול יחסית שייווצר בין התחנה במבשרת לבין התחנה בירושלים. זאת בשל המגבלות ההנדסיות של שיפוע המסילה (כ-3%) ועומק המנהרה (כ-200 מטר). אך בשנת 2011, החלו תושבי מבשרת ופרוזדור ירושלים במאבק להקמת תחנה רכבת עבורם. הנושא הגיע גם לדיון בוועדה לביקורת המדינה, בו הסיעות השונות בכנסת הסכימו על הצורך בהקמת תחנה שתשרת את תושבי האזור, ומנכ"ל משרד התחבורה התחייב לבחון את האפשרויות להקמת התחנה.
ליקויים בהקמת המנהרות.
בינואר 2016 פורסם על ליקויים במנהרות שירות שנחפרו במהלך הכנת מסילת הרכבת, דבר שעלול לגרום לנזק כספי גדול ולעיכוב נוסף בפתיחת הקו. ב-3 ביולי 2016 פורסמו ממצאי בדיקה חיצונית שהזמין משרד התחבורה ואומדן חדש של 70% מנהרות העומדות בסיכון של ניקוז חסר, שמגדיל את הסיכוי לנזקים החל בהופעת עיוותים או סדקים וכן להתבקעות רצפות ואף קריסה, כפי שקרה במנהרה אחת. הבדיקה קובעת כי מדובר בעיקר בכשל תכנוני של חברת אמי מתום שנובע מנתונים גיאו-טכניים חסרים והתעלמות של רכבת ישראל מהתראות גורמים שונים ובהם יועצת התכנון של הרכבת. עם זאת, צוות הבודקים גם מטיל את האחריות על טיב הביצוע של הקבלנים וביקר את שיתוף הפעולה הלקוי בין הגורמים בפרויקט. בסמוך למועד הפרסום, הודתה רכבת ישראל בדבר התיקונים הנערכים וטענה כי עלותם תהיה 12.5 מיליון שקל וכי הפרויקט לא יתעכב בשל התיקונים.
חנוכת הפרויקט.
הרצה ומועד הפתיחה.
ב-16 בינואר 2018 התבצעה נסיעת המבחן הראשונה בקו, על קטע מהמסילה באזור לטרון. ב-12 באוגוסט 2018 החלו העבודות לחשמול המסילה.
לפי פרסומי רכבת ישראל הפעלתו של קו הנוסעים הייתה אמורה להתחיל במרץ 2018. באוגוסט 2017 הודיע משרד התחבורה כי הקו צפוי להיפתח באפריל 2018. אולם בדו"ח מבקר המדינה התריע המבקר כי פתיחת הקו עלולה להתעכב לסוף 2018. בינואר 2018 הודיע שר התחבורה ישראל כ"ץ כי הקו בכל זאת ייפתח במרץ שנה זו, אך ב-21 בפברואר הודיעה הרכבת על דחייה של חצי שנה נוספת, לאוקטובר, עקב אי קבלת האישורים הרגולטוריים מצד המשטרה והרשות הארצית לכבאות והצלה. באפריל פורסם כי הפעלת הקו תידחה בשנית, למועד בלתי ידוע, שניתן יהיה להעריכו רק אחרי חג הסוכות תשע"ט, ככל הנראה לרבעון הראשון או השני של 2019. בכירים בפרויקט העריכו כי תיפתח ועדת חקירה בעקבות הכשלים.
חנוכת הקטע ירושלים – נתב"ג.
ב-25 בספטמבר 2018 נחנך קטע ראשון של קו הנוסעים, מירושלים לנמל התעופה בן-גוריון בתדירות של שתי רכבות בשעה.
שירותי ההצלה דרשו לבטל את הפתיחה עקב חוסר יכולת להזעיק רכב הצלה למסילה במקרה הצורך. זאת מכיוון שבחלק הקו שעובר במנהרות, כ-40 קילומטר אורכו, אין גישה לרכבי הצלה לכ-99% מהשטח, עקב ההחלטה לחסוך תקציב על יצירת כביש בטון בצמוד למסילה. לפני פתיחת הקו הצפויה טרם נקנו רכבי הצלה לקו. לאחר שיירכשו, הם יכלו להגיע לנקודות מסוימות אך לא לצאת משם, כך שרכבי אמבולנס עם פצועים יצטרכו לנסוע כארבעה קילומטרים בהילוך אחורי. הובטח כי הבעיה תיפתר תוך לא יותר מחמש שנות פעילות. שלוש שעות לפני הפתיחה הסכימו שירותי הכבאות לתת אישור הפעלה למשך חודש אחד בלבד. רכבת ישראל נדרשה לתקן את כל הליקויים עד 24 באוקטובר כדי לקבל אישור קבוע.
במקביל נמסר כי חסרים 141 קרונות עבור הקו החדש, וכדי לספק לו את הקרונות החסרים, רכבת ישראל גרעה קרונות מקווים אחרים, מה שיצר עומס רב בקווים בצפון ישראל.
הפעלת הקו הייתה רצופה תקלות. במועד שנקבע קבעה רשות הכבאות כי רוב התקלות תוקנו, אם כי לא כולן, כך שרכבת ישראל קיבלה במקום האישור הקבוע הצפוי אישור זמני נוסף, הפעם למשך שנה. בראשית נובמבר דווח על שרפה בחפיר של הקו סמוך למודיעין.
חיבור קו הנוסעים עם תחנות תל אביב וצפונה.
ב-6 בספטמבר 2019 בוצעה נסיעת בדיקה מוצלחת ראשונה של קטר חשמלי בין נמל התעופה בן-גוריון לתחנת ההגנה שבתל אביב.
בעקבות האצת עבודות התשתית, בשל ביטול קווי הנוסעים עקב התפרצות נגיף הקורונה בישראל, הושלמו בתחילת חודש אפריל עבודות החשמול והמטרה שהוצבה הייתה פתיחת הקו בחודש יוני. בסוף יוני אכן נפתח הקו לתחנות השלום וסבידור מרכז. ב-5 בספטמבר 2020 בוצעה נסיעה ראשונה בין ירושלים לתחנת הרצליה, עם השלמת תשתית החשמול עד לתחנה זו.
תוכניות עתידיות.
הארכת המסילה אל מרכז העיר.
בשנת 2022 במסגרת תוכנית החומש של רכבת ישראל הוקצו 4.685 מיליארד שקל לטובת המשך הקו המהיר לירושלים, והקמת תחנת ירושלים מרכז. העבודה עליו צפויה להתחיל ב־2024 וסיום הארכת המסילה עד מרכז העיר צפוי עד 2030.
בנוסף תוכננה הארכת המסילה עד לתחנת ירושלים הכותל. על פי התכנון נועדה המסילה להמשיך לאורך רחוב יפו במפלס תת-קרקעי עד לממילא, שעל יד העיר העתיקה, ומשם לכיוון הכותל באחת משתי חלופות, האחת היא: המשך המסילה לאורך חומות העיר העתיקה ומחוצה לה, עד לשער האשפות, שם תוקם תחנת הרכבת הר הבית ואילו החלופה השנייה מציעה: כניסה אל תוך העיר העתיקה מאזור מגדל דוד מערבה תחת הרובע היהודי, לכיוון רחבת הכותל.
התוכנית מצריכה כריית מנהרה באורך של למעלה משלושה קילומטרים, כאשר לפי המתוכנן, הכרייה תיעשה מכיוון העיר העתיקה לכיוון בנייני האומה וזאת כדי לא להפריע לפעילות השוטפת בתחנת בנייני האומה.
בהמשך החלו לתכנן תוואי שונה לפיו לאחר תחנת ירושלים מרכז ימשיך הקטע התת-קרקעי של המסילות תחת מרכז העיר לתחנה תת-קרקעית חדשה שתוקם בסמוך לתחנת ירושלים ההיסטורית המוכרת גם כמתחם החאן, ומשם לתחנת ירושלים-מלחה, וזאת כדי להימנע מחפירת מנהרות בסמוך לאתרים ארכאולוגים באזור העיר העתיקה. הרכבל המתוכנן בין מתחם החאן אל שער האשפות יהפוך את תחנת הרכבת במתחם החאן לנגישה למטיילים גם בעיר העתיקה. לבסוף תוואי זה תוקצב לביצוע ותכוניות מפורטות הופקדו בנובמבר 2021.
קשת מודיעין.