蒲蒲線
1999年度から2000年度にかけて、運輸省・国土交通省が行った「都市鉄道調査」では、「営団13号線(現:東京メトロ副都心線)と東急東横線、東急目蒲線(現:目黒線・東急多摩川線)と京急空港線の接続」が調査対象となった。
蒲蒲線については以下の3ケースについて検討を行ったが、当時の建設費補助の仕組みでは採算を取ることは不可能という結論であった。なお、以下にある目蒲線は現在の東急多摩川線を指す。
ケース1:矢口渡駅 - 蒲田駅 - 京急蒲田接続駅 - 糀谷駅 - 大鳥居駅 4.1 km 全線狭軌複線で建設、矢口渡駅と蒲田駅地上ホーム(3面2線に縮小)との間は東急池上線との連絡線として単線で残す(即ち池上線と東急多摩川線を分離する)。 13号線からの直通列車(毎時3本を想定、他2ケースも同じ)に加えて、目蒲線全列車(毎時9本を想定)乗り入れ(東急多摩川線を大幅に改良し、18m車両4両編成対応を20m車両10両編成に拡大予定)。
大鳥居駅を島式ホーム2面4線に改築、京急空港線と同一ホームで接続、大鳥居駅の東方に引き上げ線を設ける。
ケース2:矢口渡駅 - 大鳥居駅 3.4 km 途中駅は設けず、単線での整備も考慮。大鳥居駅は京急空港線と別に島式ホームを設置。 13号線からの直通列車のみ乗り入れ、目蒲線普通列車は従来通り地上ホーム発着。
ケース3:矢口渡駅 - 京急蒲田接続駅 1.8 km 途中駅は設けず、単線での整備も考慮 13号線からの直通列車のみ乗り入れ、目蒲線普通列車は従来通り地上ホーム発着。
なお、2000年1月に運輸省の運輸政策審議会が公表した運輸政策審議会答申第18号では、大鳥居駅 - 京急蒲田駅 - 蒲田駅として、大鳥居駅で京急空港線と接続(乗換)、蒲田駅で東急目蒲線と相互直通運転を行う旨表記されている。
5で事業推進の目安である1を上回り、開通後は羽田空港までの所要時間が東急田園調布駅からは30分で従来より20分の短縮、中目黒駅からは37分で従来に比べ11分短縮可能としている。累積資金収支は31年かけて黒字化する見込み。この試算結果を踏まえて関係者に事業実現を促している。新大田区案では、事業化する場合の組織体制は線路・トンネルの鉄道施設を整備する主体と電車を運行する主体を切り離す上下分離方式を採用する予定で、営業主体は東急電鉄を想定している。
東京都では、2018年度予算案において、東京メトロ株式の配当を原資とした「鉄道新線建設等準備基金」を創設し、当線の蒲田駅 - 京急蒲田駅間を含む6路線の事業化を検討するとしている。
2022年6月、東京都と大田区は事業費負担の自治体分について、東京都が3割、大田区が7割を負担することで合意した。この時点での開業予定(第1期分)は2030年代後半となっている。
2022年9月20日、大田区と東急電鉄株式会社は新空港線整備に向けて第三セクター設立の協定を締結したと発表。設立時の出資金は2億9500万円で、大田区が61%(1億8000万円)、東急が39%(1億1500万円)を出資し、同年10月14日に羽田エアポートライン株式会社が設立された。