Es la única línea de la red que se ha visto remodelada completamente para renovar su estética, funcionalidad y seguridad, hacerla accesible a personas con movilidad reducida y sobre todo para prepararla para la mayor afluencia de viajeros que soportaría con la ampliación que se realizó tras esta remodelación, llegando incluso a tunelar de nuevo la cabecera norte de la línea (en Moncloa) para facilitar su trasbordo con la línea 6 y el intercambiador de autobuses, y preparar una hipotética prolongación.

Tras el éxito inaugural del Ferrocarril Metropolitano que puso en marcha en 1919 el rey Alfonso XIII de España y en pleno auge de este medio, en 1934 se inició un concurso para adjudicar las obras de la nueva línea entre Sol y Embajadores, obras que empezarían en ese mismo verano, pero con numerosos problemas dado que se solía encontrar agua en el subsuelo.

En 1935 se adjudicó a CAF (por aquel entonces Compañía Auxiliar de Ferrocarriles) la construcción de ocho coches para la nueva línea, encargo que se elevó a 16, dado que se preveía la ampliación de la línea y una próxima subida del precio del hierro.

El tramo hasta Legazpi tendría que esperar dos años más para ver la luz.

La ampliación a Legazpi se aplazaba continuamente por los retrasos en la consecución de tablestacas.

También se ampliaron los andenes mediante técnicas de excavación con pilotes, lo que permite vestíbulos y andenes más amplios, se instalaron ascensores en todas las estaciones y escaleras mecánicas en muchas, facilitando el acceso a las personas discapacitadas, se compraron nuevas unidades móviles de la serie 3000 y se remodelaron los vestíbulos quitando las taquillas, poniendo nuevas máquinas expendedoras, cambiando los tornos e instalando un puesto de información en cada estación.

Además, en algunas estaciones como Callao o Embajadores se dejaron los raíles a ras de suelo, es decir, cubriendo las traviesas con hormigón, al estilo de un metro ligero o un tranvía.

Con la inauguración el 21 de abril de 2007, se confirmó que los trenes recorren una línea única y continúa y no se hace cambio de tren en esa estación, como ya se adelantó,[1]​ sino que se usan dos de las vías como apartadero en horas valle para trenes que refuercen en horas punta.