I mars 2001 vedtok Københavns kommune å starte byggingen av fase 3. Den 6. november 2001 gikk det første metrotoget gjennom en tunnelstrekning, og den 28. november sto skinnelegningen langs med fase 1 og fase 2A ferdig. En avtale om finansiering av fase 3 ble vedtatt den 12. april 2001. Den 22. mai hadde de 18 leverte metrotogene testkjørt 100 000 kilometer. Strekningen mellom Nørreport og Lergravsparken ble innviet den 19. oktober 2002. I begynnelsen hadde man en 12-minutters frekvens, som senere ble redusert til ni minutter, og til slutt til seks minutter. Ansvaret for å drifte metroen ble gitt til Ansaldo, som bortsatte operasjonen til det nyetablerte Metro Service, et datterselskap til Serco Group. Kontrakten skulle vare i fem år, med mulighet for å utvide med ytterlige tre år.