神奈川東部方面線
羽沢横浜国大駅と新横浜駅を結ぶ延長約3,515 mの羽沢トンネルでは、SENSが採用され、西谷トンネルで使用されたシールドマシンが転用される。新横浜駅は延長約326 mで地下4階に2面3線構造で、新綱島駅は延長約245 mで地下4階に1面2線構造で建設される計画である。当初は2019年(平成31年)4月の開業を予定していたが、用地取得の遅れや新綱島地区での地質不良、鶴見川直下でのトンネル掘削遅れなどに伴い開業予定が2022(令和4)年度下期に変更された。
2022年(令和4年)1月24日に、整備主体である鉄道・運輸機構、営業主体である相模鉄道および東急電鉄は相鉄・東急直通線について、2023年(令和5年)3月の開業を予定していることを発表した。
2022年(令和4年)12月16日に、整備主体である鉄道・運輸機構、営業主体である相模鉄道および東急電鉄は相鉄・東急直通線の開業日について、2023年(令和5年)3月18日に決定したと発表した。
南北線の駅設備等を改修し、2022年4月より順次8両編成列車の運転を開始。 ただし、自社車両である9000系の8両化および相鉄線への直通対応工事は一部編成のみの実施とし、その内容は先頭車および編成全体が1次車(および試作車)の編成で既にB修工事を実施済の第1編成より第8編成までは対象外となり、また対象外編成は従来通り6両編成のままで残して新横浜駅までの運用に留めるものの、編成全車が2次車以降となっている第9編成以降最終編成までは8両編成化を実施する予定で、6次車となる中間車15編成分30両を新たに製作し、B修工事の際にそれを挿入した上で相鉄線直通対応工事を実施する予定である。この中間車は2021年10月8日に神戸市兵庫区の川崎車両兵庫工場から甲種輸送を実施した、第9編成に挿入する車両より順次落成・搬送されている。 なお、前述の都営地下鉄三田線とは異なり、東京メトロ南北線では同線所属全編成を既存形式(=9000系)の増結と対応工事で対処するため、相鉄への乗り入れでは新形式(=新型車両)の導入は行わない計画となっている。
南北線は2019年4月の時点では東急新横浜線への乗り入れのみ検討している段階であったが、同年8月には相鉄線への乗り入れについても計画されている旨が毎日新聞社のページで報道され、関係各所および東急や相鉄との協議も実施し、3月18日より東急車と相鉄車のみで乗り入れを開始した。
副都心線でも、2023年3月より東急・相鉄新横浜線との直通運転を実施した。
2022年1月27日、正式に相鉄・東急新横浜線列車の南北線・副都心線乗り入れを決定した(東急新横浜線は6両編成も混在。相鉄方面へは8両編成および10両編成のみ)が、開業時点では自社車両の相鉄線内での運用はない。
線内の信号システムをJRと同じATS-Pに変更した。
JR東日本線への直通対応車として12000系を投入した。 当初は11000系に、ATACSの取り付けなどの直通対応改造を行う計画であったが、保安装置の改造費用を理由に、11000系の対応工事計画を中止し、JR東日本への直通は12000系のみで行うこととなった。
東急線・三田線・南北線への直通対応車として「相互直通運転における目黒線・南北線・三田線・埼玉高速鉄道線・相鉄線との直通車両申し合わせ事項」に準拠した20000系(東急線直通用10両編成で8両編成への組み換えも可能)と21000系(東急目黒線直通用8両編成)を投入する。 20000系は落成時点で相鉄以外の保安設備は搭載していなかったが、その後東急・東京メトロについては搭載を完了し、東武など他社の保安装置を搭載するスペースが確保されている。21000系は東急線用および都営地下鉄・東京メトロ・埼玉高速鉄道用のものを落成当初より搭載しており、後述のように2021年10月に東急目黒線と都営地下鉄三田線に、さらに東京メトロ南北線と埼玉高速鉄道埼玉スタジアム線に入線試験を実施した。