Dreigleisiger Ausbau
Auf einem Großteil der Strecke, nämlich auf insgesamt 46 Kilometern, wird das neue dritte Gleis parallel zu den beiden bereits vorhandenen Gleisen gebaut. Auf insgesamt 22 Kilometern Länge erfolgt ein kompletter Streckenumbau mit dem Neubau von drei Gleisen; auf weiteren rund drei Kilometern in den Planfeststellungsabschnitten 1.1 und 1.2 wird neben dem dritten noch ein zusätzliches viertes Gleis neu gebaut.
Künftig sollen die jeweils außen liegenden Gleise vorrangig durch den Nah- und Güterverkehr genutzt werden, während das mittlere Gleis dem Güter- und Fernverkehr vorbehalten sein wird. Überleitungsverbindungen auf der freien Strecke und in den Bahnhöfen ermöglichen dabei eine flexible und bedarfsgerechte Betriebsführung.

Blockverdichtung
Im Rahmen des dreigleisigen Ausbaus wird auch die vorgesehene Blockverdichtung realisiert. Diese trägt zu einer weiteren Steigerung der Streckenkapazität bei: Jede Bahntrasse ist in sogenannte Blockstrecken eingeteilt, innerhalb derer sich immer nur ein Zug befinden darf. Mithilfe zusätzlicher Signale wird die Länge der einzelnen Blockstrecken verkürzt, sodass insgesamt mehr Züge auf der Strecke verkehren können und diese optimal ausgelastet wird. Da die Blockverdichtung auf allen drei Gleisen gemeinsam mit dem dreigleisigen Ausbau vorgenommen wird, wird die planrechtliche Genehmigung daher auch im Rahmen der Planfeststellungsverfahren zum dreigleisigen Ausbau eingereicht.
Neue Brückenbauwerke
Im Zuge der Baumaßnahmen für das dritte Gleis müssen insgesamt 47 Brückenbauwerke angepasst oder neu errichtet werden. Zudem sollen 55 bestehende Bahnübergänge beseitigt und durch 38 weitere Brücken ersetzt werden. Der Ersatz der Bahnübergänge dient der Verbesserung des Verkehrsflusses auf den kreuzenden Straßen, da künftig die Wartezeiten an geschlossenen Bahnschranken entfallen. In Abstimmung mit den jeweils betroffenen Kommunen sind dabei den örtlichen Gegebenheiten entsprechende unterschiedliche Ersatzmaßnahmen geplant:
- Eisenbahnüberführung (EÜ): Die Straße wird unter der Trasse der Eisenbahn hindurch geführt
- Eisenbahnüberführung für Fußgänger und Radfahrer (EÜ(F)): Der Radverkehr sowie Fußgänger werden unter der Eisenbahn in einer Unterführung hindurch geführt
- Straßenüberführung (SÜ): Der Bahnübergang wird durch eine Brücke für den Straßenverkehr über die Eisenbahntrasse ersetzt
In Einzelfällen werden Bahnübergänge auch ersatzlos geschlossen. Dies ist der Fall, wenn ein bereits bestehendes Bauwerk in unmittelbarer Nähe oder Seitenwege genutzt werden können.

Bahnhöfe und Haltepunkte
Von den 14 Bahnhöfen und Haltepunkten entlang der Strecke werden elf Verkehrsstationen umgebaut. Dabei werden die Bahnsteige an die neue dreigleisige Streckenführung angepasst und die Verkehrsstationen im Rahmen der Baumaßnahmen barrierefrei ausgebaut. In den Bahnhöfen Oberhausen-Sterkrade, Dinslaken, Wesel, Mehrhoog und Empel-Rees sind zusätzlich Überholgleise für 750 Meter lange Güterzüge vorgesehen.
Knoten Oberhausen
In das Projekt integriert ist auch der Ausbau des Knotens Oberhausen. Der Bau der zweigleisigen, niveaufreien Verbindungskurve von Oberhausen-Sterkrade in Richtung Grafenbusch wird parallel zum Bau des dritten Gleises im Planfeststellungsabschnitt 1.2 umgesetzt. Durch die neu entstehende Querungsmöglichkeit unter den Gleisen der Strecke Richtung Emmerich können Züge, die aus Emmerich kommen, in den Güterbahnhof Oberhausen-Osterfeld einfahren, ohne den Gegenverkehr aus dem Hauptbahnhof Oberhausen zu behindern. Die Verbindungskurve von Oberhausen-Sterkrade in Richtung Oberhausen-West wurde bereits 2004 fertiggestellt.

Umstellung des Stromsystems
Das Netz der DB AG und der niederländischen Staatsbahn verfügen über unterschiedliche Stromsysteme. Um einen durchgehenden Wechselstrombetrieb zwischen Deutschland und Rotterdam zu gewährleisten, wird zwischen Emmerich und Zevenaar Oost die Oberleitung entsprechend umgestellt. Zudem wird der Stromsystemwechsel von Emmerich in Richtung deutsch-niederländische Grenze verlegt.
Schallschutz
Durch den dreigleisigen Ausbau ergeben sich auch die rechtlichen Voraussetzungen für den Bau von Schall- und Erschütterungsmaßnahmen.