長達11年的新山線工程從民國82（1993）年開始至民國87（1998）年完工，將舊山線推向歷史。此工程的主要目標是鐵路雙軌化，好讓1980年代開始，路線容量逐漸飽和，但又因單線鐵路需彼此錯讓會車，而難以增開列車的山線運輸可以增加運輸效能。

在這之前，縱貫線竹南以北、彰化以南路段都已經改成雙軌。但是山線在面對雙軌化工程時，面對了許多問題，其鐵路穿越丘陵與河川，地勢崎嶇，隧道、橋樑特別多，鐵道行駛坡度大、曲度急，且設施老舊安全堪慮。這些原因使得山線只有竹南造橋間、苗栗豐原間的路段能在原線雙軌化，其餘只能捨棄原線，在西側另建橋樑、隧道。如此建起的新山線比舊山線路線短4公里，坡度與曲度變化都較小。民國82（1993）年起，竹南豐原間以三義為中心，分成南北雙向施工；民國85（1996）年北邊的三義竹南段陸續完工通車，而南邊的三義豐原段就如同舊山線，是工程最困難之處，直到民國87（1998）年才完工，於9月23日開始通車。