Theo quy hoạch, có ba tuyến đường sắt liên vùng đi qua TP Thủ Đức gồm tuyến đường sắt Trảng Bom - Hòa Hưng; đường sắt tốc độ cao Sài Gòn - Nha Trang và tuyến đường sắt nhẹ Thủ Thiêm - Cảng hàng không quốc tế Long Thành.
Cầu vượt đường sắt Bắc - Nam kết nối đường Lê Duẩn với QL 1A và cầu Châu Sơn ở TP Phủ Lý, Hà Nam nhằm loại bỏ xung đột giao thông giữa đường sắt quốc gia với đường bộ.