현재 평택분기점~오송 구간은 1일 190회가 운행가능하며 현재, KTX, SRT가 이 횟수를 다 채우고 있으나, 향후 인천/수원발 KTX, 남부내륙선 등이 개통되면 기존 고속열차 운행편수를 축소해야 하기 때문에 이를 해결하기 위해 추진되는 사업이다. 이 사업이 완료되면 사실상 2복선이기 때문에 최대 380회 운행이 가능하게 된다.

이 사업은 현재 수색-광명 고속철도와 같이 제3차 국가철도망구축계획에 반영되었다.

한국철도공사 2018년도 선로사용계획에 의하면 평택분기점~오송 구간 또한 수색-광명 고속철도와 마찬가지로 병목현상을 야기할 수준에 이르렀다. 이에 국토부는 2017년 9월부터 예비타당성 조사에 착수하였다. [1]

2019년 1월 29일 예비타당성 면제 대상 사업으로 선정되어 사업 추진에 탄력을 받을 듯하다.

GTX처럼 대심도 지하 40m 깊이에 터널을 뚫어 노선을 신설하는 사업으로 추진된다. 원래 지상으로 건설할 예정이었지만, 토지매입 및 선로 주변 건물 등 문제로 지하로 건설하는 게 더 싸게 먹혀 지하로 건설된다고 한다. 사업비 추가 절감을 위해 지하 천안아산역은 건설되지 않는다. 천안아산역에 정차하는 KTX·SRT는 지상으로 운행하고, 천안아산역에 안 서는 열차는 지하로 운행하게 하겠다는 세부 계획이 알려지자 해당 지자체와 지방시의회는 반발하며, 지하역 설치를 요구하고 있다. 만약 천안아산역에 지하 승강장이 신설되면 '인천/서울 출발이냐, 수서/수원 출발이냐' 등으로 승강장이 분리될 것으로 보인다.

오송역 진입 전 경부선과 호남선이 분기되는 지점에서 지하로 분기하는 선로를 만든 뒤,[2] 지하로 내려가는 방식으로 건설할 것이고, 평택분기점 인근에서 지상으로 올라오는 방식을 채택하거나. 현 평택분기점 인근에 기존 경부고속선과의 연결선을 지어서 따로 합류를 시키고, 본선은 수서평택고속선과 직결을 시켜버릴 것으로 보인다. 운영에 있어서도 천안아산역에 정차하는 열차는 지상으로, 천안아산역을 통과하는 열차는 지하로 운행하면 되기 때문이다. 만약 후자와 같이 수서평택고속선과 직결+현 평택분기점 인근에 지하 고속선으로 내려가는 연결선이 생겨나는 식이 되어버린다면 그땐 수서발 SRT열차는 개통 이후, 수서에서 오송까지 지제역 구간을 제외한 전 구간을 계속 터널로 달리게 될 것으로 보이며 팽성분기가 아닌 오송역 인근에서 합류 또는 분기할 예정이다.[3] 복복선 고속철도가 이런 식으로 개통하게 되면 지상구간에는 KTX나 천안아산역에 정차하는 일부 SRT 열차가, 지하구간에는 천안아산역을 통과하는 SRT와 수원역을 거쳐 왔으면서 천안아산역을 통과하는 일부 수원 경유 KTX가 다니게 되며, 현 팽성분기점에서 오송역 사이의 기존 경부고속선에 문제가 생길 경우에는 모든 KTX 열차들을 지하 고속선으로 내려서 우회가 가능하게 된다.[4] 반대로 지하 고속선 구간에 문제가 생겼을 경우에는 천안아산역을 통과하는 모든 SRT 열차들과 수원경유 KTX 모두 현 평택분기점을 타고 경부고속선으로 모두 올려버리는 식의 우회 운행도 가능하다.[5]

평택 - 오송 고속철도 지하 구간이 개통되면 이와 함께 EMU-320 15편성 120량이 도입될 예정이다. 근데 인천발/수원발 KTX 사업도 함께 추진되고 있어서 KTX-산천 15편성 150량으로 대체될 지 여부는 미지수다. 다만 이 기사에 따르면 HEMU-430X를 도입할 수도 있다.

청주시와 충청북도에서는 강호축 계획 추진을 위해 충북선 고속화 사업 이외에 오송연결선, 봉양연결선, 남원주연결선을 신설할 계획이 있다. 그러나 안전 문제로 이미 건설된 호남고속선 선로 위에 분기기를 설치하는 것이 불가능해 오송역과 충북선간의 연결선을 만들 수 없는 문제점이 있었는데, 그 대안으로 청주시는 지하로 지어지는 고속선에 연결선을 만드는 방식으로 계획을 수정했다.# 일단 평택 - 오송 고속철도 사업에서 분기기 및 분기 터널 입구만 미리 설계에 반영해 줄 것을 요청한 후, 충북선 고속화 사업에서 이 분기기에 이어 공사를 진행할 수 있도록 할 계획이다.