El trazado de este ferrocarril comienza en Móstoles Central, donde el túnel se iba a colorcar de forma perpendicular al de Metrosur. Continua hasta la estación subterránea de Móstoles- El Soto, con un acceso entre la avenida de los Deportes y la calle Velázquez, para dirigirse hacia el sur, en túnel, y cruzar la A-5 bajo tierra. Eran 2.967 metros de vías subterráneas, con cuatro salidas de emergencia, de las que 1.750 se iban a realizar con tuneladora. Esta operación iba a permitir cerrar la cicatriz urbana que ha supuesto el tren durante décadas en Móstoles, al separar los barrios de Parque Vosa e Iviasa a un lado y Estoril y La Princesa al otro.

El Ayuntamiento, al conocer el proyecto, se apresuró a exponer sus planes: reutilizar los 187.000 metros cuadrados recuperados para crear un parque lineal con equipamientos deportivos al aire libre (desde Fuente Cisneros hasta Móstoles Central), dedicar 40.000 metros cuadrados de zonas dotacionales (residencias, centros de salud, edificios públicos, saneamientos, etcétera) y construir hasta 1.000 viviendas protegidas, gracias a las plusvalías generadas por la venta de espacios para zonas terciarias de oficinas, comerciales y ocio.

A la izquierda de la autovía, según el proyecto, el trazado ferroviario salía a la superficie para prestar servicio a la plataforma logística 'Puerta del Atlántico' y reservaba junto a este apeadero espacio para apartar trenes en caso de futuras ampliaciones. El tren seguía hasta la urbanización Parque Coímbra, donde se volvía a meter en un túnel de 2.127 metros, que iba a ser realizado por tramos con tuneladora y por tramos a pico y pala, del que emergería una estación en el barrio.

A continuación, el túnel iba a descender hasta desembocar junto al acceso a Xanadú, donde se proyectó otra estación, con una explanada anexa para autobuses y aparcamiento. A la salida del subuterráneo, el tren iba a cruzar el río Guadarrama mediante un viaducto de 396 metros de largo, que daba acceso a Navalcarnero. El tren rodearía la ermita de San Isidro para bordear por el norte los futuros nuevos desarrollos del municipio y llegaría finalmente a la estación en superficie de Navalcarnero Periferia, respetando la Dehesa de Marimartín. El tramo final concluía en 580 metros de falso túnel hasta al corazón de la población.

Promesas e interrupciones
En 2004, Esperanza Aguirre llevó esta ampliación ferroviaria en su programa electoral. La iban a realizar, de forma conjunta, la extinta empresa regional Mintra con el Ministerio de Fomento. Sin embargo, los planes se complicaron, a pesar de lo cual en 2007 se repitió la promesa. La Comunidad llegó a asumir el coste íntegro de la infraestructura, en régimen de concesión, tras acusar a Fomento de desatender esta reivindicación vecinal. Renfe se encargaría de su operatividad y la empresa concesionaria haría frente a los costes de la obra y el mantenimiento, que serían cubiertos con los beneficios resultantes de la infraestructura. Con estos mimbres, OHL ganó el concurso internacional convocado a tal efecto, gracias a una propuesta de inversión de 424 millones de euros (362,3 millones de inversión de obra y el resto de mantenimiento durante el período de concesión, que se extendía de enero de 2008 a enero de 2028). OHL se comprometía a construir la infraestructura con sus propios recursos si no encontraba financiación externa. Calculaban que los réditos de la explotación del tren en el ámbito recorrido -un espacio de expansión urbanística- satisfaría sus gastos, a través del cobro a la Comunidad de una cantidad por viajero.

Los trabajos comenzaron a mediados de 2009. OHL inició las obras por Navalcarnero. Invirtió aproximadamente el 45 por ciento de la cantidad comprometida y terminó el 40 por ciento. Pero ya en ese mismo verano, los obreros denunciaron que la actividad había sufrido interrupciones. Finalmente, en diciembre, la empresa concesionaria anunció que paralizaba la obra por falta de financiación de los bancos. Aparte de la construcción del trazado ferroviario, quedaron empantanadas obras en superficie en ambos municipios,  OHL quiso rescindir el contrato alegando que la situación económica general y la demanda potencial del tren habían cambiado, lo que convertían el proyecto en deficitario. La Comunidad de Madrid se negó porque las cláusulas del concurso se lo impedían. No obstante, dejó en el aire el expediente sancionador abierto por incumplimiento de plazos, cuya multa ascendía a 5,4 millones de euros, amparándose en la Ley de Contratos del Sector Público. El 1 de septiembre de 2011 expiró el plazo para que la Comunidad pudiera imponer la sanción.

El Ejecutivo regional prefirió agotar la vía de la negociación ante la situación de crisis, y así facilitar la conclusión de la obra. En las últimas elecciones regionales, Esperanza Aguirre eliminó de sus compromisos la conclusión del tren a Navalcarnero. A pesar de ello, la Comunidad anunció en la Asamblea de Madrid que continuaría negociand. El nuevo plazo que se barajó entonces para la conclusión de la obra fue el año 2013. .OHL se comprometió en noviembre a enviar un informe al Gobierno regional para tratar de optimizar la obra y abaratarla, en la línea de las conversaciones que habían mantenido el Gobierno regional, los ayuntamientos implicados y la empresa. El informe aún no ha sido presentado.