天津西站的车站工程
为配合天津西站改扩建工程，西站老站房向东南方向整体迁移了140米，其中向南135米，向东40米，同时整体抬升了2.5米。西站老候车楼是全国铁路枢纽站中修建最早、保留最完整、规模最大的哥特式建筑，主站楼为砖木混合结构的三层建筑，建筑面积2058平方米，占地面积930平方米。主站楼坐北朝南，正立面中部前凸，呈凸字形。该楼东西长37.24米，南北宽31.42米，高约25米，其中一层净高3米，二层大厅净高10.4米，其他部分5.4米，三层净高3.6米。建筑总重量约为5500吨。据了解，平移过程中，西站主站楼沿途越过多个障碍。南北向平移过程中将跨越地铁一号线的人行通道，沿途电力、自来水、燃气、排水和通讯等管线错综复杂。
此次施工首先对二楼大厅等薄弱环节采用轻型桁架加固增加整体性、提高空间刚度，对拱券部分进行砖砌封堵。其次制作了下滑轨道，其中北南向11组，东西向8组。下滑轨道采用条形混凝土基础，其中跨地铁通道部分采用筏板式基础。然后对房屋进行托换施工，采用夹墙梁和抬墙梁等方式将房屋托换至托盘梁系上。最后进行墙体切割，将房屋的荷载转换至下滑梁上。
这次西站老站房的平移不仅对历史文化遗产的保护有着重要意义，而且开创了天津市平移工程的先河。建筑物整体迁移技术具有工程造价低、工期短、对人们的生活和工作影响小、能够减少建筑垃圾对环境的污染等优点。在经过提升改造工程后，它将将作为铁路博物馆永久保留下来，未来将收集并收藏百年铁路发展的相关实物、照片等珍贵历史资料，成为西站副中心的永久历史地标。 说明
2009年2月4日，京沪高速铁路天津西站正式动工建设，西站经历了百年沧桑后迎来了一次全新的变化。京津城际、京沪、津保、津秦四条高速铁路将在新西站交会，铁路、公交、地铁、出租、长途客运将实现“零换乘”，地下直径线将天津西站与天津站紧密相连，形成包括客运专线、快速铁路、城市轨道和道路交通等多种交通方式有机衔接的现代化大型综合交通枢纽。2011年建成投入使用后，将实现多种交通方式“零换乘”，成为现代化大型综合交通枢纽。新西站将成为联系南北方、沟通中西部，集高速铁路、城际铁路、普速铁路、城市轨道交通、长途客运、公交车、出租车为一体的大型综合交通枢纽。新西站作为京沪高铁五大始发站已经于2011年6月30日启用，同时因为西站改造而封闭的天津地铁一号线天津西站也同时恢复启用并新建了若干出入口 。
铁路
京津联络线(京津所-天津西)、南仓联络线(南仓所-天津西)、津霸客专线(天津西-霸州西)、津秦高速线（津沪所-龙家营所）、天津西线(天津-天津西)及既有京沪线(北京-上海)将在新西站交会，其中京沪高速铁路津沪联络线从西端引入天津西站，京津城际客运专线由京津城际联络线从东端引入天津西站，津秦客运专线经天津站到天津西站地下直径线由东端引入天津西站，津保客运专线从西端引入天津西站。其中津保车场3台5线，普速车场1台4线，津秦津沪车场8台11线，城际车场3台6线。
地铁
已经开通的地铁1号线中，西站是一个重要的站点。另外，地铁4、6号线规划经过天津西站，使之与地铁1号线于新西站的南广场地下交汇。地铁4号线东起东丽区滨海国际机场，北至北辰区双街。地铁6号线东北起东丽区新外环东路(暂定名)，南至津南区咸水沽。沿线途经红旗南路、西青道、中山北路、金钟河大街等处。这三条地铁线在西站不是完全交汇于一点，而是形成“H”的状态，需要通过地下通道进行换乘。地铁4号线在规划中(本条线2015年年底至2016年年初有望开工建设)，地铁6号线在建设中(本条线预计2016年开通新外环东路至水上公园东路)。其中，经过本站的地铁4、6号线已主体完工。
直径线
连接天津站与天津西站的地下直径线工程全长约5.2公里。地下直径线位于天津市中心海河沿线区，两端分别连接天津西站、天津站枢纽，其中海河隧道全长3.61公里，占线路总长的69.4%。天津西站至天津站地下直径线工程自天津西站东端引入地下，沿线下穿河北大街立交桥，在河北大街十字路口穿越北横志成道快速路立交桥桥区后，向南沿子牙河西岸穿越永乐桥、金钢桥、地铁四号线、狮子林桥，后斜下穿越海河，在城际与普速车场之间引入天津站。项目建成后将在天津站与天津西站间形成一条新通道，动车组列车可经由地下直径线通行。届时津秦客专与津保客专、京沪高铁将通过地下直径线互通，乘坐京沪高铁的旅客可在天津西站换乘，前往天津站乘车，通达各地。而乘坐京津城际列车的旅客经由天津站也可到达天津西站乘车。这意味着未来的京沪高铁与京津城际在天津构建了一条有机联络线，大大方便了旅客出行。
新建铁路站房
按照建设方案，新西站的占地面积约68万平方米，站房主体结构为地上二层、地下三层，建筑总面积达18万平方米。站房为圆拱形结构，南北长380米，东西跨度126米，高50米。高架候车大厅绝对标高16.5米，东西面宽135米，南北进深336米，横跨铁路车场。地下一层为出站厅，东西两侧为出租车出站车道，候车平台长126米。中央24米通廊南北贯通。站房设计以圆拱和放射状百叶形象表现光芒四射，寓意天津城市发展的美好前景和光辉未来。以向前倾斜的、充满动势的圆拱寓意着京沪高速铁路的建成使用，天津西站将成为拉动这一地区发展的“火车头”。57米高面向广场的半圆形空间效果与结构完美结合，具有强烈的韵律感，通过表面肌理的处理，显得丰富而细腻，白色的编织网状屋顶钢结构将成为天津市新的地标式建筑。天津西站采用高架层、地面层、地下层及站房四角配合设置辅楼的布局方式，上进下出的进出站模式。站房面积10.4万平方米、雨棚面积7.6万平方米，总面积18万平方米。站房主体高57米，辅楼高20米。跨度达114米的巨大拱形结构创造出南北长395米的宏大高架进站候车空间，使旅客在进站过程中感受到充满阳光、开敞、通透的空间效果，体验到新时期铁路发展带来的全新感受。
新建南广场
南广场位于西站客运站站房南侧，规划范围东至西站前街、西至复兴路、南至南运河北路、北至西青道。规划总占地面积20公顷，总开发量30万平方米。
整体方案设计立意于西站站房的“光辉”主题，整体几何构图采取以站房为圆心、逐层向外辐射的手法。景观设计与主站房光辉主题相呼应；下沉广场的布局增加商业的直接采光面；强化自由通廊与南广场的联系。
南广场主要由集散广场、景观公园、特色商业区三部分构成。集散广场的设计以津味文化地面浮雕及标志塔为主，体现天津西站的文化意蕴。景观公园以绿地和各种灌木为主，保证视线通透。特色商业区业态以主力卖场、餐饮、大型超市、站前特色商业、酒店为主。
新建北广场
北广场位于天津西站站房北侧，规划范围南至基本站台、北至子牙河、西至复兴路，规划总占地面积16.5公顷，总开发量10万平方米。
北广场设计在满足公交车、出租车、社会车等交通需求的前提下，对广场进行了优化，旨在创造一个“多维、亲切、宜人”的广场空间。北广场主要由交通广场、景观休闲广场、枢纽控制中心、公交首末站、出租车蓄车场、社会停车库和自行车库组成。
北广场由滨河景观带、景观休闲广场和各功能区***同组成，形成了“一带、两中心、多节点”的景观格局。一带是指滨河景观带；两中心是指由休闲广场和交通广场组成的两个立体景观中心；多节点是北广场区域内局部绿化。
西站客运站
天津长途客运西站坐落于红桥区西青道与复兴北路交口，距天津铁路西站西侧约500米处，东临大型停车场，南临西青道，西临复兴路，天津市交通集团根据天津西站主枢纽规划要求，按照国家一级客运站的标准，对西站公路客运枢纽中心站进行了精心设计，突出了“低碳、环保、节俭”的设计理念。天津西站客运站总占地面积14000平方米，总建筑面积26000平方米。结构形式为框架结构，地上***五层，地下一层。客运站内设有3000平米的候车大厅，150平米的母婴候车厅，700平米的售票大厅，售票窗口达到23个。500平米的行包托运中心和500平米的综合服务处，站前广场为2000平方米，站内停车场占地3200平米***有发车位32个，设计日平均旅客发送量2.5万人次。车站全部采用低碳环保的建筑材料，设计了无障碍通道和应急保障的绿色通道。天津西站客运站是天津西站主枢纽项目中的子项目，是市委市政府和国家交通运输部确定的重点工程。建成后的天津西站客运站将成为集公路客运、旅游集散、商贸餐饮多种服务功能为一体的中心客运场站，天津西站客运站将实现铁路、长途、地铁、公交零换乘，使百姓出行最方便、快捷，是市区内功能最齐全、设施最完备、发车班次最多、客流最大的公路客运枢纽中心。对完善西站主枢纽综合服务功能，实现多种运输方式零换乘，提升天津市客运服务综合水平将起到至关重要的作用。
天津西站交通枢纽工程，建设工期3年半，其中客站2011年底建成，配套工程2009年3月开工，2011年竣工。西站配套工程包括南广场工程、北广场工程、道路工程、轨道交通工程及相关系统工程等，工程投资约115亿元。