第1上野トンネル
用意されたシールドマシンは、総重量1,300トン、ジャッキの総推力は12,000トンのオープンタイプ半機械掘り形式のものであった。セグメントの分割数は11、セグメント幅は1.1メートルとされた。地山の条件が悪く、断面積が大きく、また連続地中壁の撤去作業が必要であることなどを考慮して、シールドマシン上部には、地山の中にあらかじめ貫入させることのできるカッティングムーバブルフードを装備した。また切羽の段切りができるように上段と中段にスライドデッキを装備している。途中都営地下鉄12号線交差部では、第1上野トンネルの断面上部を約1.5メートル切り欠く形で都営地下鉄12号線が通過することになるため、あらかじめこの17メートル区間についてはそれに対応した特殊な覆工を行った。また、パイロットトンネル内からの薬液注入に加えて、シールド内の空気圧を高める圧気工法を用いて地山の安定化対策としている。
本坑のトンネルは1987年(昭和62年)7月10日に初期掘進を開始した。しかしこの時点で、掘削始点から約50メートルの地点で区分地上権設定が未了の場所があり、その場所に到達してもなお交渉が妥結していなかったため工事が中断した。結果的に交渉による妥結はできず、東京都収用委員会に対して土地収用の申請を行った。1989年(平成元年)4月17日に裁決され、18か月あまりの工事中断を経て5月2日に再着工した。
第1上野トンネルは、起点側の箱型断面トンネルと終点側の円形断面トンネルから構成されている。
箱型断面トンネル区間は、東京起点2キロ370メートルから2キロ960メートル45までの延長590メートル45で、縦断勾配は下り列車に対して下り25パーミル、曲線は存在しない。用地買収をできるだけ少なくするために、この区間はJRの用地内と在来線高架橋下を選んで建設された。このうち、通常の開削工法で建設された約150メートル区間を秋葉原南部トンネル、在来線高架橋の4線(京浜東北線南行と電留線3線)の下にアンダーピニングを行いながら建設された約440メートル区間を秋葉原北部トンネルとも呼んでいる。
円形断面トンネル区間は、東京起点2キロ960メートル45から3キロ484メートル80までの延長524メートル35で、縦断勾配は下り列車に対して下り25パーミルから途中3キロ228メートル42地点で水平となる。この区間を御徒町トンネルとも呼んでいる。またこれより上野駅側の3キロ484メートル80から3キロ503メートルまで、延長18メートル20の上野立坑が存在する。