落馬洲支線

工程包括上水站的車站大堂及月台的擴闊工程，以應付於上水站乘搭前往落馬洲站列車的乘客量。有關工程於2006年大致完成，大堂的新翼及連接往鄰近商場的行人天橋已於同年1月末開放與公眾使用。此外上水站外的路軌亦已重新編排，以便列車使用原有路軌前往羅湖站或使用支綫前往落馬洲站。

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  兩鐵合併前上水站南大堂新出入口
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  上水站月台頂部的排隊指示及到站列車的目的地指示

塱原濕地

列車駛離上水站後，會駛入穿過塱原濕地的地底隧道。這方案是經過一番激烈爭論後的結果。在計劃初期，九鐵原先建議以像九廣西鐵穿過八鄉等地的高架橋形式，穿越塱原濕地，但計劃遭到各環保團體反對，指興建高架橋時將會嚴重破壞塱原濕地的生境與地貌，讓香港的自然環境蒙受損失。即使九鐵公司承諾工程完工後會盡量回復原來面貌，但時任環保署署長羅樂秉並不認同，並且拒絕發出環境許可證。

而九鐵公司卻不服結果，並向環評上訴委員會上訴，但最終被駁回。最後九鐵公司採納香港科技大學教授方案，改以地底隧道（隧道鑽挖機，輔以凍土技術）形式穿過塱原濕地。雖然此方案有興建成本上升、回報率下降及完工日期押後等等缺點，卻仍獲大多數人所接受及支持，認為是平衡生態與基建需要的可持續發展方案。

古洞站已預留的島式月台結構，減少將來車站建設工程對車務的影響。

雖然支綫沿途暫時不設車站，不過當列車駛過塱原濕地後，已有預留的地底車站－古洞站。此站的建設，是因應香港特區政府於2003年公佈的研究，指出古洞北及粉嶺北共約689公頃的土地適合作新發展區。由於古洞有機會成為新市鎮，故九鐵公司在計劃及興建落馬洲支綫時預留位置給將來興建古洞站之用。古洞站亦會成為北環綫的轉乘站，現已動工興建；東鐵綫乘客可以轉乘北環綫前往新界西。

由落馬洲站前往深圳的行人天橋內部

落馬洲支綫的終點站－落馬洲站是一個樓高4層，佔地約9公頃的車站大樓。大堂內設有購物區、免稅店等方便乘客。由於車站大樓同時為香港入境事務處的出入境檢查之用，所以大樓內設有海關、出入境及其他重要的過境設施。乘客辦妥出境手續後，會經由一條橫跨深圳河的單臂斜拉式天橋步行至深圳的福田口岸聯檢大樓。乘客亦可於同時設於該聯檢大樓內的深圳地鐵福田口岸站，換乘深圳地鐵4號線、深圳地鐵10號線前往深圳市其他地方。

而有文氏原居民在工程期間認為落馬洲支線途經洲頭村及新田，造成「鐵蛇攔路」的風水格局，故該區村民亦要求該處建造一座約6米高的文天祥巨型雕塑來「擋煞」鐵路，而九廣鐵路最後撥出約380萬港元興建文天祥紀念公園，而公園已於2004年1月開放[4]。