
Dans un premier tronçon de construction d’environ quatre kilomètres, une nouvelle ligne est réalisée entre la Ringbahn nord — en bifurcation depuis les gares de Wedding et Westhafen — et la gare centrale, où ce tronçon s’achève dans une nouvelle station souterraine à construire. Une station intermédiaire supplémentaire doit être édifiée au niveau du pont de la Perleberger Straße[15]. Une décision d’approbation du projet a été délivrée par l’Eisenbahn-Bundesamt dès 2005[16]. Ce tronçon permettra de faire circuler des trains de la Ringbahn vers la gare centrale et inversement selon le principe d’une rebroussement côté Ringbahn nord. Il est également prévu de faire circuler des trains depuis Frohnau directement jusqu’à la gare centrale[17].
Le tronçon de construction comprend notamment la réalisation de trois ouvrages d’art, la pose de 7 400 m de voies et de dix aiguillages, ainsi que la mise en service d’un nouveau poste d’aiguillage électronique et d’un nouveau poste électrique « Perleberger Brücke »[18] destiné à l’alimentation électrique ferroviaire.
La branche ouest, en provenance de la gare de Westhafen, passe sous les voies de la Ringbahn au moyen d’un tunnel de 410 m de longueur, puis se poursuit à niveau sous le pont de la Perleberger Straße. La branche est, en provenance de la gare de Wedding, passe sous les voies de la Ringbahn dans un tunnel de 190 m de longueur, traverse ensuite à niveau la Tegeler Straße — interrompue à cet endroit — puis franchit en rampe ascendante, sur un pont en béton précontraint de 152 m de longueur, l’espace vert du Mettmannplatz, le Nordufer — désormais rétabli jusqu’à la Fennstraße —, le Canal navigable de Berlin-Spandau ainsi que la rue du Friedrich-Krause-Ufer.
Dans ce secteur, la ligne passe sous la ligne grandes lignes reliant la gare de Gesundbrunnen à la gare centrale, en empruntant un double pilier du pont existant (« Flyover »\). La Perleberger Straße est ensuite franchie au moyen d’un pont en arc à tirants de 48 m de longueur. En raison de cette configuration, les quais projetés de la station Perleberger Brücke — des Seitenbahnsteigs en partie supérieure et un Mittelbahnsteig en partie inférieure — se situeraient à des niveaux différents, respectivement au-dessus et au-dessous du pont de la Perleberger Straße.
Plus au sud, un autre pont en béton précontraint de 265 m de longueur permet de franchir les installations ferroviaires de l’ancien terminal de marchandises et de conteneurs et de s’insérer sans croisement à niveau dans la branche ouest de la ligne. La ligne se poursuit ensuite à double voie dans une tranchée d’environ 190 m, suivie d’un tunnel d’environ 610 m, jusqu’à la gare centrale (partie souterraine). Pour la station de S-Bahn de la gare centrale, des ouvrages préparatoires avaient déjà été réalisés lors de la construction de la gare, immédiatement à l’est de la station de métro.
Dès le 13 octobre 2000, le premier coup de pioche pour des travaux préparatoires aux bifurcations de la S21 fut donné sur la Ringbahn nord. Après des années de débats, le Sénat de Berlin avait auparavant mis à disposition 85 millions de marks (corrigés du pouvoir d’achat en monnaie actuelle : environ
99.5 millions d’euros). Les travaux réalisés comprenaient des ouvrages de bifurcation sous forme de tunnels aux gares de la Ringbahn de Westhafen et de Wedding. La connexion nord à la gare centrale de Berlin, subventionnée par l’État fédéral à hauteur de 24 millions d’euros dans le cadre du Gemeindeverkehrsfinanzierungsgesetz[19], devait initialement être achevée en 2006[20]. En juillet 2007, la Deutsche Bahn annonça des retards dans la réalisation de la première phase des travaux.
En janvier 2010 débutèrent les travaux de construction du gros œuvre du tunnel sous l’Invalidenstraße. Un nouveau « premier coup de pioche » pour la construction de la station à la gare centrale eut lieu en juin 2011[21]. Les marchés relatifs au gros œuvre du tunnel, de la tranchée couverte et de la station de transport à la gare centrale furent lancés le 23 mai 2011[22], suivis, le 9 mai 2012, de ceux concernant les ponts, rampes ainsi que les travaux de terrassement et de voie ferrée[23]. Fin 2011 commencèrent les travaux au sud de l’Invalidenstraße, puis au printemps 2012 ceux du tunnel et de la tranchée au nord de cette rue.
L’achèvement et la mise en service de ce premier tronçon étaient initialement prévus pour 2017, pour un coût total estimé à environ 227 millions d’euros[24]. Après la découverte de défauts dans les ouvrages préparatoires à la gare centrale, des dépassements de coûts ainsi qu’une mise en service au plus tôt en décembre 2020 furent envisagés. Il fut décidé de construire un quai provisoire sous l’Invalidenstraße afin de permettre des circulations navettes vers la gare de Gesundbrunnen[25]. Selon un article de presse, les surcoûts de cette station provisoire, y compris les ascenseurs et les dispositifs de protection incendie, s’élèveraient à 20 millions d’euros[26]. En raison des dépassements de coûts prévisibles, l’État fédéral demanda une actualisation de l’analyse coûts-avantages[27]. Celle-ci aboutit, fin 2015 et sans prise en compte de la station de la Perleberger Brücke, à une valeur de 1,15 pour des coûts de construction désormais estimés à 319 millions d’euros[28]. En août 2018, la dernière grande fouille de ce premier tronçon fut réalisée à la gare centrale, où est construit le cœur de la station S21[29].
En 2020, lors du dégagement du treillis porteur — une structure en réseau de poutres en béton armé destinée à reprendre les charges des piles et à les transmettre aux fondations profondes — de graves défauts de bétonnage avec d’importantes cavités furent constatés. Ce treillis, sous lequel doit finalement passer la ligne de S-Bahn, constituait un ouvrage préparatoire et doit être entièrement reconstruit. Début 2022, afin de garantir la stabilité suffisante des ponts du bassin du port de Humboldt, une structure provisoire d’un coût de dix millions d’euros fut installée[30]. Des investigations supplémentaires dans le sous-sol révélèrent d’autres malfaçons, empêchant la construction de la station sous la ligne de la Stadtbahn telle que prévue initialement. En mars 2023, les travaux furent donc temporairement interrompus dans l’attente de la définition d’une structure de soutènement supplémentaire[31].
En raison d’une modification de la technologie de construction[32], l’ouverture définitive de la station à la gare centrale n’est désormais attendue qu’en mars 2026[33]. Début 2020, la Deutsche Bahn évaluait le coût total de ce tronçon de construction à environ 400 millions d’euros[34].
La construction de l’arrêt de Perleberger Brücke est longtemps restée indéterminée[28]. L’association d’usagers IGEB a proposé d’investir, en raison de leur faible utilité, les fonds prévus pour le quai provisoire de la gare centrale dans la construction de la station de Perleberger Brücke[25]. Début 2020, le Land de Berlin et la Deutsche Bahn se sont accordés pour lancer des mesures préparatoires en vue de cette station. Au printemps 2021, le Land de Berlin a chargé la Deutsche Bahn de la construction d’un arrêt à la Perleberger Brücke, pour lequel une fréquentation d’environ 27 000 voyageurs par jour est prévue[35]. L’arrêt devrait être mis en service ultérieurement en 2029[36].
La mise en service partielle du tronçon compris entre la gare de Wedding et le quai provisoire de la gare centrale, initialement prévue pour 2021[37], a été à plusieurs reprises reportée en raison de retards de construction, notamment liés à des infiltrations d’eau souterraine dans la fouille située sous la Minna-Cauer-Straße[38]. Fin juin 2025, il a été annoncé que l’alimentation électrique de l’arrêt provisoire de la gare centrale devait être entièrement repensée et reconstruite, de sorte qu’une mise en service n’était plus envisageable avant le printemps 2026[39].
Pour la section Nordring – gare centrale, il est prévu qu’un service de navettes soit d’abord assuré sous l’indice de ligne S15 entre la gare centrale et la gare de Gesundbrunnen, avec arrêt à Wedding, à une fréquence de dix minutes et à l’aide de demi-rames (quatre voitures)[40]. En 2022, la Deutsche Bahn estimait que le nouvel arrêt à la gare centrale de Berlin serait utilisé quotidiennement par environ 42 000 personnes[41].

Le deuxième tronçon de construction, long de 1,9 km et dont la mise en service est prévue pour 2036[42], doit passer par un nouveau franchissement souterrain de la Spree, à l’est du Paul-Löbe-Haus et du Palais du Reichstag, puis longer à l’ouest la zone de la Porte de Brandebourg pour rejoindre la Behrenstraße. La ligne doit ensuite se raccorder à l’étage supérieur du tronçon du tunnel nord-sud de la S-Bahn construit entre 1934 et 1936[43] (appelé familièrement « Heuboden ») menant à l’actuelle gare de S-Bahn de Potsdamer Platz. Les lignes de S-Bahn en direction nord-sud pourront alors être dirigées, au nord de Potsdamer Platz, soit via la gare de Friedrichstraße, soit via la gare centrale. Aucun arrêt intermédiaire n’est prévu sur ce tronçon. Les projets initiaux prévoyant une station au niveau du bâtiment du Reichstag ont été abandonnés[44]. Le Bundestag s’était prononcé contre la réalisation d’une telle station[45].
Une étude de faisabilité a examiné différentes variantes de franchissement de la Spree au sud de la gare centrale. En 2007, le Sénat s’est prononcé en faveur de la réalisation du tronçon de tunnel sous la Spree au moyen d’un élément de 115 m de long, mis en place par ripage depuis une forme de radoub située sur la rive sud. À cet effet, des ouvrages préparatoires auraient été nécessaires au nord de la Spree, dans le prolongement immédiat du premier tronçon de réalisation, et devaient déjà être réalisés en même temps que celui-ci. En 2010, la Deutsche Bahn lança l’appel d’offres pour l’avant-projet correspondant[46],[47]. Pour la poursuite du prolongement jusqu’au raccordement dit « Heuboden », des estimations de coûts ont été établies pour deux variantes — en méthode de tranchée couverte et en creusement mécanisé au tunnelier — et intégrées à l’analyse coûts-avantages de l’État fédéral.
Cette analyse coûts-avantages, qui englobait également le premier tronçon de réalisation, s’est révélée positive ; pour les deux tronçons, des coûts de 317 millions d’euros ont été retenus (sans station au niveau du bâtiment du Reichstag). Après l’achèvement du deuxième tronçon, environ 80 000 voyageurs par jour sont attendus au nord de la gare centrale et environ 70 000 au sud. La ligne devrait alors être desservie par une nouvelle relation (Jungfernheide – gare centrale – Potsdamer Platz) ainsi que par la ligne S1 (Oranienburg/Frohnau – Wannsee). En outre, un renforcement complémentaire de la S1 jusqu’à Zehlendorf est prévu. À cette fin, la future ligne S15 (Frohnau/Waidmannslust – gare centrale – Potsdamer Platz – Zehlendorf) ou la ligne S85 (aéroport BER – Ostkreuz – Ringbahn nord – gare centrale – Potsdamer Platz – Zehlendorf) pourraient être mises en œuvre[17]. Actuellement (état : décembre 2020), 177 trains de S-Bahn par jour et par sens sont prévus sur ce tronçon[48].
En mars 2013, le Land de Berlin annonça qu’il prendrait en charge les coûts de planification et qu’il souhaitait engager la procédure d’autorisation. La durée des travaux fut alors estimée à deux à trois ans pour un coût de 175 millions d’euros. À cette fin, un nouveau tunnel devait être construit entre la gare centrale et le secteur du Brandenbourg, afin de se raccorder au tunnel existant depuis 1936[43], actuellement utilisé comme installation de remisage. Pour le tunnel continu, un intervalle de dix minutes avec la ligne S1 est prévu, devant être réduit à cinq minutes en période de pointe[49]. En juin 2013, la Deutsche Bahn lança un appel d’offres pour les prestations de planification du nouveau tronçon de tunnel, long d’environ 1,2 km, incluant les installations ferroviaires et les équipements techniques[50]. À cette époque, aucune indication fiable ne permettait de déterminer la date réelle de début des travaux, la procédure d’approbation du projet ne devant être engagée qu’en 2021[33]. La durée de construction du deuxième tronçon fut estimée à environ six ans. Le tronçon de tunnel doit être réalisé principalement en creusement mécanisé au tunnelier, les deux tubes contournant le bâtiment du Reichstag par l’est et par l’ouest sur des tracés distincts[51]. Selon des informations de presse, le tracé envisagé a toutefois été bloqué pendant plusieurs années par l’administration du Bundestag[52]. Pour le raccordement au tunnel existant, une fouille à ciel ouvert est prévue devant la porte de Brandebourg. Les coûts de planification et de construction ont depuis été réévalués à 199 millions d’euros[51].
Début 2020, la commission de la construction et de l’aménagement du territoire du Bundestag allemand mit fin à son opposition de longue date, fondée sur des préoccupations de sécurité concernant le passage de la S21 à proximité du bâtiment du Reichstag, et s’accorda avec la Deutsche Bahn sur le tracé de la ligne. Il fut alors décidé que la S21 passerait dans deux tubes de tunnel à voie unique, contournant le Reichstag par l’est et par l’ouest, les distances ayant été augmentées grâce à une réduction de la vitesse maximale et à une adaptation du tracé. Au sud, la ligne sera raccordée à l’ouvrage préparatoire datant des années 1930, dit « Heuboden ». La planification existante est en conséquence en cours de révision[34].
Un tracé possible passe sous le Mémorial aux Sintés et aux Roms européens assassinés pendant le nazisme. La Deutsche Bahn avait envisagé un démontage temporaire du mémorial. Le Conseil central des Sinti et Roms allemands critiqua vivement ce projet et se déclara indigné de n’avoir pas été consulté au préalable. La Deutsche Bahn exprima d’abord sa surprise. Des discussions eurent ensuite lieu entre les deux parties[53],[54]. Un accord fut trouvé avec le Conseil central en décembre 2020. Afin d’éviter toute atteinte temporaire au mémorial, la Deutsche Bahn accepta que les trains ne puissent circuler dans ce tronçon de tunnel qu’à une vitesse maximale de 50 km/h, au lieu des 80 km/h initialement prévus[48]. Des militants ont toutefois critiqué le manque de sensibilité de la Deutsche Bahn sur ce sujet, compte tenu de son rôle historique, en tant que successeur de la Reichsbahn, dans les déportations vers les camps de concentration[54].
Le 19 décembre 2023, le Sénat de Berlin annonça avoir retenu la variante de tracé « 12h », prévoyant la construction de deux tunnels distincts contournant le bâtiment du Reichstag par l’ouest et par l’est. Cette décision permit l’ouverture de la procédure d’approbation du projet le 9 janvier 2024[42].
Alors que le tronçon situé au niveau du Reichstag doit être réalisé en souterrain à l’aide d’un tunnelier, une fouille à ciel ouvert est prévue devant la porte de Brandebourg[55].

Le tronçon de construction 3a, long de 3,9 km, reprendrait des plans datant des années 1930, selon lesquels la gare de Ringbahn et de banlieue de Potsdamer Platz devait être fermée et les trains de S-Bahn être dirigés depuis la gare souterraine de Potsdamer Platz vers les mêmes lignes. À cette fin, lors de la construction de la gare de S-Bahn de Potsdamer Platz, des bifurcations spécifiques furent aménagées à son extrémité sud pour un futur raccordement des voies de la Südringspitzkehre, mais ne furent jamais utilisées[56]. Dans les années 1990, ces ouvrages préparatoires furent prolongés lors de la construction d’un immeuble de bureaux et reliés sans contact au tunnel nord-sud existant de la S-Bahn au moyen d’un joint de type Omega-Dichtung. Des anciennes installations ferroviaires de la gare de Potsdam, il ne subsiste plus aucun vestige.
Plus au sud, un tracé correspondant approximativement à celui de l’ancienne Südringspitzkehre — dans sa partie nord parallèle à la ligne de métro U2 et passant sous les bâtiments des Park Kolonnaden entre la Gabriele-Tergit-Promenade et la Köthener Straße — est réservé pour la S21. La ligne devrait ensuite franchir le Landwehrkanal ainsi que le Parkhaus Gleisdreieck par un nouvel ouvrage d’art et atteindre la station de métro Gleisdreieck. Un pôle d’échanges est prévu à cet endroit, permettant pour la première fois une correspondance avec les lignes de métro U1 et U3, ainsi que des cheminements plus courts pour une correspondance avec la ligne U2 que ceux existant à Potsdamer Platz. Depuis cette nouvelle station, la nouvelle ligne franchirait la tête du tunnel ferroviaire nord-sud et passerait sous le viaduc du métro afin de se raccorder sans croisement à la ligne de la Wannseebahn, en service à cet endroit depuis les années 1930, en direction de la gare de S-Bahn de Yorckstraße (Großgörschenstraße). Un ouvrage de bifurcation permettrait en outre un raccordement à la ligne de banlieue (S2, S25, S26) desservant la gare de Yorckstraße.
En août 2019, une convention de planification fut signée pour ce tronçon ; le Land de Berlin prit alors en charge, pour une durée de quatre ans, les coûts de planification estimés à environ 7,3 millions d’euros. Le périmètre comprend une ligne d’environ 2,1 km entre Potsdamer Platz et les deux gares de S-Bahn de Yorckstraße et de Yorckstraße (Großgörschenstraße), via Gleisdreieck, ainsi que la création d’une nouvelle gare de S-Bahn au niveau de la station de métro Gleisdreieck[57]. L’avant-projet devait, selon l’état des informations en 2020, être achevé d’ici 2023[34]. L’achèvement de ce tronçon n’est attendu au plus tôt qu’en 2037[6].
Le tracé envisagé du tronçon de construction 3b débute à la gare de Julius-Leber-Brücke. Il emprunte la « courbe de Cherusker » à reconstruire, en tant que partie de l’ancienne Südringspitzkehre, et se raccorde à la Ringbahn sud en direction de l’est. L’extrémité de cette courbe de raccordement se situe peu avant la gare de Südkreuz. La bifurcation de la ligne à la gare de Julius-Leber-Brücke a déjà été prise en compte lors de la construction de cette gare dans les années 2000 : le quai latéral en direction du nord (Yorckstraße) peut ainsi être élargi par l’ajout d’un second bord de quai pour la voie de la S21 également orientée vers le nord, formant un quai central[58], ce qui permettrait une entrée sans obstacle ainsi qu’une correspondance confortable.
Les voies de la courbe de Cherusker ont été déposées dans les années 1950. Dans l’actuel parc de Cherusker, situé entre la Cheruskerstraße et le site du gazomètre, les anciens tracés restent encore visibles.