Die Strecke von Hamburg-Hasselbrook nach Ahrensburg-Gartenholz wird für die neue S-Bahn-Linie S4 auf einer Länge von 20 Kilometern entlang der bestehenden Gleise ausgebaut. Das Projekt ist dabei in drei Planfeststellungsabschnitte (PFA) unterteilt, die jeweils ein eigenes Planfeststellungsverfahren durchlaufen.

Zwischen Hasselbrook und Ahrensburg werden auf 17 Kilometern zwei zusätzliche Gleise gebaut, ein weiterer, eingleisiger Neubau erfolgt auf rund drei Kilometern von Ahrensburg bis kurz hinter Ahrensburg-Gartenholz. Im Zuge des Ausbaus sind rund 45 Kilometer Schallschutzwände inklusive Mittelwand geplant, außerdem kommen bei Bedarf passive Schallschutzmaßnahmen zum Einsatz.

Zahlreiche Bahnübergänge werden beseitigt oder durch Eisenbahn- und Straßenüberführungen ersetzt. Es ist vorgesehen, 32 Eisenbahnüberführungen sowie sechs Straßen- und Fußgängerüberführungen umzubauen.

In Hamburg entstehen vier neue Stationen: Claudiusstraße, Bovestraße, Holstenhofweg und Am Pulverhof. In Schleswig-Holstein wird die Station Ahrensburg-West als zusätzlicher Haltepunkt gebaut. Sieben Stationen in Hamburg und im Kreis Stormarn werden S-Bahn-tauglich ausgebaut.