Tras él se sitúa la ampliación diseñada por Rafael Moneo, formada por el nuevo edificio terminal (Madrid-Puerta de Atocha) y el intercambiador de Cercanías (Atocha-Cercanías), cuya cubierta está ocupada por el aparcamiento de la estación, y de metro (estación de Atocha Renfe), que se sitúa bajo la Avenida Ciudad de Barcelona.