Der PFA 1.5 ist insgesamt ca. 9 km lang und unterteilt sich in folgende Abschnitte:
Fernbahn-Zuführung Feuerbach
Im Bereich des Haltepunktes Stuttgart-Feuerbach mündet die Fernbahn in ein neu zu erstellendes Trogbauwerk. Nach Unterquerung der S-Bahn-Gleise führt die Strecke zunächst in einem zweigleisigen, anschließend in zwei eingleisigen Tunneln (Tunnellänge ca. 2 x 3.026 m) über die Verzweigungsbauwerke Kriegsberg zum neuen Tiefbahnhof.
Fern- und S-Bahn-Zuführung Bad Cannstatt inkl. Neckarbrücke
Vom Bahnhof Stuttgart Bad Cannstatt werden die Fernbahngleise zunächst über eine neue Brücke (Länge ca. 355 m, Breite ca. 24 m) über den Neckar geführt. Im Anschluss an die Eisenbahnbrücke über den Neckar führt die Strecke zunächst in zwei zweigleisigen Tunneln (Fernbahn – und S-Bahntunnel) unter dem Rosensteinpark hindurch. Im Bereich Ehmannstraße wird die Fernbahn von/nach Bad Cannstatt bis zum Hauptbahnhof in zwei eingleisigen Röhren geführt (Tunnellänge Fernbahntunnel ca. 2 x 3.507m). Die S-Bahn nach Stuttgart Bad Cannstatt unterquert den Fernbahn-Tunnel und läuft dann parallel zum Rosenstein-Tunnel der Fernbahn in einem eigenen, zweigleisigen Tunnel (Länge S-Bahn-Tunnel Rosenstein ca. 1.170 m). Anschließend führt sie mit der Fernbahn zusammen über die neue Neckarbrücke zum Bahnhof Stuttgart Bad Cannstatt.
S-Bahn-Zuführung Haltepunkt Stuttgart Nord und Station Mittnachtstraße
Durch die Neuordnung des Bahnknotens Stuttgart werden nördlich des bestehenden Hauptbahnhofs große Flächen für einen neuen Stadtteil frei. Zum Anschluss dieses Stadtteils an den öffentlichen Nahverkehr wird eine neue S-Bahn-Haltestelle an der Mittnachtstraße hergestellt. Die S-Bahn wird zwischen der neuen Haltestelle Stuttgart-Mittnachtstraße und dem Hauptbahnhof unterirdisch geführt. Nördlich der Haltestelle Stuttgart-Mittnachtstraße zweigt die S-Bahn in Richtung Feuerbach nach Nordosten ab und wird über eine Rampe zum vorhandenen Bahnhof Stuttgart Nord geführt, wo sie auf die bestehende Streckenführung trifft (Länge des Abschnittes ca. 1.600m, Länge S-Bahn-Tunnel ca. 1.157m).