Seit 1973 war der Bahnhof Ueno die Endstation aller Züge der Tōhoku-Hauptlinie, der Takasaki-Linie und der Jōban-Linie. Drei Jahrzehnte später plante JR East, die Verbindung zur Tōkaidō-Hauptlinie wiederherzustellen. Ziel war es einerseits, die Überlastung der parallel verlaufenden Yamanote- und Keihin-Tōhoku-Linie in diesem Bereich zu verringern. Andererseits sollten zusätzliche Kapazitäten für neue umsteigefreie Eilzüge zwischen dem Norden und dem Süden der Metropolregion geschaffen werden. Da die Trasse beim Bahnhof Kanda seit 1991 durch die Tōhoku-Shinkansen belegt war, sollte der Viadukt dort auf einer Länge von rund 1,3 km (inkl. Rampen) ein zweites Geschoss erhalten. Die Bauarbeiten an der Ueno-Tokio-Linie begannen im Mai 2008. Die Auswirkungen des Tōhoku-Erdbebens 2011 verzögerten die angestrebte Eröffnung um zwei Jahre. Diese erfolgte schließlich am 14. März 2015.