Zwischen Hallstadt und Ebensfeld wird die bestehende zweigleisige Strecke auf vier Gleise erweitert. Der 22 Kilometer lange Planungsabschnitt (18 Kilometer Ausbaustrecke + 4 Kilometer Neubaustrecke) ist der nördlichste Teil der in Nürnberg beginnenden Ausbaustrecke, der hinter Ebensfeld, am Tunnel Eierberge, an die Neubaustrecke nach Erfurt angebunden wird. Ein Großteil der Arbeiten soll im Jahr 2017 abgeschlossen sein.

Von den vier Gleisen gehören zwei zu der Aus- und Neubaustrecke Nürnberg–Erfurt (VDE 8.1) – auf ihr werden Geschwindigkeiten zwischen 200 und 280 km/h möglich sein. Die beiden anderen Gleise gehören zur schon bestehenden Trasse Bamberg–Hof. Sie ist auf 160 km/h ausgelegt. Diese Strecke wurde 1846 als Bestandteil der sogenannten Ludwig-Süd-Nord-Bahn gebaut. Zwei Überholbahnhöfe entstehen. Hier können beispielsweise langsamer fahrende Güterzüge warten, um einen Hochgeschwindigkeitszug vorbei zu lassen. Nach dem Ausbau wird es entlang des Streckenabschnitts keine beschrankten Bahnübergänge mehr geben. Die vier bestehenden Schranken werden durch Brücken ersetzt. Insgesamt sind 28 neue Eisenbahn- und Straßenbrücken geplant. Es entstehen unter anderem zwei elektronische Stellwerke.

Die Anwohner werden umfassend vor Lärm geschützt – durch ein Schallschutzkonzept, das entsprechend der geltenden gesetzlichen Bestimmungen erarbeitet worden ist. Es entstehen Schallschutzwände und -wälle entlang der Trasse und Mittelwände zwischen den Gleisen mit einer Gesamtlänge von rund 21 Kilometern. Neben diesen aktiven Schallschutzmaßnahmen sind in besonders betroffenen Gebieten auch passive Maßnahmen geplant (z.B. der Einbau von Schallschutzfenstern).

Bei Ebing wird die dortige Mainschleife verlegt. Dies geschieht in enger Abstimmung mit den Naturschutzbehörden. So bleibt der bisherige Flusslauf als Altarm erhalten und mit dem Main verbunden. Er bildet als Ruhewasserzone ein Rückzugsgebiet für Fische, Vögel und Pflanzen. Auch an anderen Stellen gibt es ausgleichende Umweltmaßnahmen.