Im Jahre 1995 begannen die ersten Überlegungen zur Modernisierung der insgesamt 202 Kilometer langen Strecken des Freudenstädter Sterns im Schwarzwald, die sich zunächst um die Modernisierung der Infrastruktur in den Bahnhöfen drehten. Sechs Jahre später wurden mit Einführung des Geschäftsfeldes „Regionalnetze“ bei der DB Netz AG dann alle Strecken in ihrer Gesamtheit in die Modernisierungsmaßnahmen einbezogen. Mit dem voraussichtlichen Abschluss der Bauarbeiten im September 2014 inklusive der Errichtung eines Elektronischen Stellwerks im Hauptbahnhof Freudenstadt ist der Freudenstädter Stern endgültig für Berufspendler und Touristen wieder eine echte Alternative zum Individualverkehr.
 

Mit dem Bau des Neuen und der Erneuerung des Alten Kaiser-Wilhelm-Tunnels wird ein wichtiger Schritt zur Anpassung an die neuesten Richtlinien in Bezug auf die angestrebten Anpassungen zur interoperablen Nutzung von Europäischen Eisenbahnstrecken erreicht. Hier sei unter anderem die Erhöhung der Anzahl der Verbindungsbauwerke genannt, um den Fluchtwegabstand auf weniger
als 500 Meter zu verringern, oder die Ertüchtigung der Oberleitungsanlage für eine Befahrbarkeit mit der Eurowippe. Ziel ist es außerdem, die Bahnstrecke Koblenz – Perl langfristig als Bestandteil des Transeuropäischen Netzes (TEN) zu erhalten. Die Inbetriebnahme des Gesamtprojekts ist nach der 2. Bauphase für Ende 2015 vorgesehen.

Mit dem Ziel der Lärmreduzierung wurden im Rahmen des Konjunkturprogramms II Lärm an ausgewählten Standorten des Streckennetzes der DB Netz AG Schienenflankenschmier- und Schienenkopfkonditioniereinrichtungen eingebaut. Bei der Schienenflankenschmierung handelt es sich um ein Verfahren, das bei der DB Netz AG bereits seit Jahren zur Anwendung kommt. Die  Schienenkopfkonditionierung ist dagegen eine neuartige Maßnahme, für deren Anwendung vorab verschiedene Nachweise zu führen waren.

Der Trennung von Schotter und Boden, dem so genannten Planum, wird im Bahn-Oberbau bzw. konstruktivem Ingenieursbau besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Zur Verbesserung des Planums werden zum Beispiel Trag- und Schutzschichten eingesetzt, die aus Mineralstoffgemischen (Kiessand) bestehen. Bei Regionalnetzstrecken oder untergeordneten Gleisen mit niedrigen Gleisbelastungen kann es aber auch sinnvoll sein, bestimmte Geokunststoffe zu verwenden.