京急蒲田駅
これらの諸問題を解決するために、2000年から当駅を中心とした本線4.7km(平和島 - 六郷土手間)と空港線1.3km(京急蒲田 - 大鳥居間)の合計6kmを連続立体交差化(高架化)する工事を施工し、当駅ではそれに併せて本線・空港線での平面交差の解消や当駅での緩急接続などを目的に、駅舎の建て替えと線路の移設工事が行われることになった。
工事に当たっては国土交通省の鉄道駅総合改善事業補助を受けるため、大田区が出資した第三セクターの蒲田開発事業株式会社が駅関係施設を保有して事業主体となり京急が受託する形となった。施工については京急建設と鹿島建設が主体となって工事が進められ、2010年5月に一部高架化し、2012年10月に全面高架化となった。
1番線の横浜方面接続(前述)と同時に1番線ホームが線路1線分東側に移設された。その後2番線ホームも1線分東側に移設され、一時的に距離があった1・2番線が再び同じホームになった。その後、3番線もホームが1線分東側に移設され、同時に元々地上にあった駅舎は橋上駅舎となっていたが、地下通路化された。2011年10月時点では将来の3階ホームの建設が行われているほか、高架の躯体も形成されている。
警視庁蒲田警察署
大田年金事務所
3番線・5番線はこの当時は欠番である。また、5番線(上り待避線)は暫定高架供用開始時より線路上を覆った状態で6番線ホームとして使用していたが、2012年7月29日始発より停車位置を品川寄りに約5両分移動し、後部停止位置より先を封鎖した状態で5番線ホームの造作を開始している。
上りホームの高架化に伴い、横浜方面からの羽田空港行は大鳥居駅の手前まで羽田空港からの品川方面行と同じ線路を走行する。
各ホームにはかつて接近する種別を表示する列車接近案内を設置していたが、1998年11月18日の空港線羽田空港駅開業時より、同駅や品川駅とともに大型の列車案内板を新設した。
東口改札前には、列車の発車時刻を表示する大型液晶ディスプレイがある。
上りホームの高架化に伴い、階段と通路に番線別のカラーラインが施された。1番線が青色、2番線が緑色、4番線が水色、6番線が赤色である。
2010年秋より、ホームに羽田空港行がどこののりばから発車するかを案内表示する列車案内板が新設された。
上りホームは、高架化に伴い駅名標と方面サインが新型のものに更新された。ほかのホームとコンコースは従来のサインのままとなっている。
なお品川方面が運転見合わせになった場合の異常時の折り返し時には、横浜方面から来た京急蒲田止の電車が4番線到着後、糀谷方面に向かって動き出し、このシーサスクロッシングを渡り一旦停止した後、進行方向を変えて1番線に進入し、再度進行方向を変え、横浜方面に折り返す。
3番線・6番線は横浜寄りが切り欠き式ホームになっており、この切り欠かれた部分に2番線・5番線がある。2番線・5番線のホーム外側には3番線・6番線に至る通過線が設けられており、緩急接続(待避)が可能となっている。なお、2番線への入線時は一旦3番線を通過し、5番線からの発車後には6番線を通過する必要がある。5番線は2010年の時点で既に完成していたが、供用開始はしていなかった。
上述のような構造となっているため、ホームそのものは18両分の長さが確保されている。
当駅の自動放送は、1・4番線で大原さやかによる接近予告放送のみが使用されている。