Il percorso a carattere metropolitano Napoli-Barra-Torre Annunziata è divenuto finalmente realtà e il 28 ottobre 1969 è inaugurato dal ministro dei Trasporti Remo Gaspari. In complesso vengono costruiti oltre 6500 metri di nuove sedi, di cui 1550 metri in galleria e 1000 metri in trincea, 7 ponti ferroviari, 2 cavalcavia, 2 sottopassaggi carrabili, 2 soprapassaggi pedonali, 5 deviazioni stradali e una deviazione di alveo, eliminando 17 passaggi a livello, che ostacolano la viabilità in centri importanti quali San Giorgio a Cremano, Portici ed Ercolano ed in altre località minori.
I lavori comprendono anche la sostituzione per la seconda volta delle rotaie, che passano a 36 chilometri al metro, saldate fra di loro fino a 108 metri di lunghezza, in modo da ridurre i sobbalzi dei treni in corsa al passaggio da un tronco all'altro. Vengono pure modificati gli impianti elettrici e sono costruite 6 nuove stazioni: Barra, Santa Maria del Pozzo, San Giorgio, Cavalli di Bronzo, Portici - via Salute ed Ercolano.
I lavori più importanti che comporteranno una spesa totale di 66 miliardi di lire, si iniziano nel 1968 e terminano nel 1975. Consistono nel risanamento di 130 chilometri di massicciata con sostituzione di 90 chilometri di rotaie; sostituzione del filo di contatto di sezione inferiore a 100 millimetri quadrati; riduzione delle campate con l'installazione di nuovi appoggi; sostituzione delle sottostazioni fisse a vapore di mercurio con altre ambulanti al silicio in postazioni telecomandate; risanamento statico delle gallerie tra Castellammare e Sorrento; costruzione di pensiline e rialzamento dei marciapiedi nelle stazioni, per consentire l'incarrozzamento a raso dei viaggiatori; soppressione di 140 passaggi a livello e protezione di altri 140 con barriere e segnali ottico-acustici; nuove apparecchiatura elettriche ed estensione del blocco automatico a correnti codificate su tutta la rete con ripetizione dei segnali a bordo del materiale rotabile; comando centralizzato a Napoli degli impianti di segnalamento delle stazioni; costruzione della nuova stazione di Napoli, dell'officina e di altri 10 fabbricati viaggiatori, oltre il risanamento di quelli esistenti; costruzione di un piazzale sussidiario per il deposito ed il lavaggio automatico del materiale rotabile; costruzione della nuova galleria fermata di accesso alla stazione Terminale di Napoli; rinnovo di tutto il materiale rotabile.
Un poderoso impegno vissuto e sofferto dall'Azienda a tutti i livelli, con la partecipazione tollerante ed affettuosa dell'utenza, che in soli sette anni, senza un giorno di soppressione dell'esercizio, dà un volto completamente nuovo alla Circumvesuviana portandola in campo nazionale sui più alti livelli europei.
Il lavoro più difficoltoso è la costruzione della galleria di collegamento con la stazione delle Ferrovie dello Stato perché viene realizzato inglobando le due gallerie in esercizio che conducono a Napoli Terminale, sia perché nel sottosuolo della via Arnaldo Lucci, che la galleria attraversa, vi sono due grandi fognature, nelle quali non si può interrompere il deflusso delle acque, e diverse tubazioni dell'acquedotto e del gas, assieme a cavi elettrici e telefonici. Su pali di cemento affiancati del diametro di un metro e lunghi, quelli portanti, oltre 40 metri per raggiungere il blocco tufaceo di sostegno, vengono appoggiate le travi in cemento armato precompresso eseguite a pie' d'opera, di altezza variabile da m. 1,40 a m. 2,30, che sostengono solettoni di cemento armato.
Completata la struttura, si procede allo scavo con demolizione delle vecchie gallerie per fasi successive, garantendo la continuità dell'esercizio. La nuova fermata è servita da quattro binari e da 3 marciapiedi, lunghi 120 metri, di cui uno centrale. Alle estremità dei marciapiedi vi sono delle passerelle che attraversano i binari, le quali ammettono da una parte in piazza Garibaldi e dall'altra in via Galileo Ferraris. I marciapiedi sono serviti da scale mobili. Due nastri trasportatori lunghi 64 metri, raggiungono le scale mobili che portano alla stazione inferiore della metropolitana FS e alla stazione superiore di Napolí Centrale FS.
In questo modo i viaggiatori della Circumvesuviana possono proseguire con la metropolitana o distribuirsi rapidamente ed agevolmente sia nelle zone limitrofe a piazza Garibaldi, nelle quali è diretto un terzo di essi, sia nel resto della città servendosi dei mezzi di trasporto pubblici che confluiscono nella piazza. E possono recarsi in altre località servendosi delle linee ferroviarie.
E' il primo e più valido esempio di interscambio fra reti ferroviarie e servizi di trasporto su gomma.
Tra il 1974 ed il 1977 è costruito il raccordo a doppio binario di 2,700 chilometri fra Pomigliano d'Arco e l'Alfa Sud per servire l'omonimo stabilimento di produzione autoveicoli. E' finanziato dalla Cassa per il Mezzogiorno e rappresenta il primo tronco del progetto ferroviario approvato nel 1970 che vuole unire Acerra con Napoli.
I lavori si svolgono in condizioni di estrema difficoltà per la presenza di falde e banchi di trachite che li rallentano producendo un ritardo di 24 mesi sul tempo inizialmente previsto.
Nel 1977 a seguito dei provvedimenti finanziari della Legge 16 ottobre 1975 n° 493 è avviata la costruzione del nuovo tronco a doppio binario Poggioreale-Pomigliano in parte in galleria artificiale e, dove è allo scoperto, in rilevato e viadotto.