Nachdem die Strecke elektrifiziert und durchgehend befahrbar war, gab es immer wieder Planungen zum Ausbau der Strecke für höhere Geschwindigkeiten und hochwertigere Züge. Einige dieser Planungen wurden verworfen, andere umgesetzt.

Neubaustrecke Hochspeyer - Ludwigshafen
1970 stellte die Deutsche Bundesbahn in ihrem Ausbauprogramm das erste Ausbauprojekt vor: Eine Neubaustrecke von Hochspeyer nach Ludwigshafen, Fertigstellung 1985. Ziel der Strecke sollte die Beschleunigung des Abschnitts Hochspeyer - Neustadt durch Umgehung des gleichen sein, ebenso wie die Verkürzung der Reisezeit zwischen Neustadt und Mannheim durch eine veränderte Streckenführung als die Stammlinie. Die Planungen wurden 1975 verworfen.

LGV Est: Variantenvielfalt
Anfang der 1980er Jahre begann man mit der Planung zur Umsetzung des Projektes "LGV Est" (Ligne à grande vitesse Est). Dabei wurden Mitte der 1980er Jahre verschiedene Szenarien zum Ausbau der Strecke Saarbrücken - Ludwigshafen diskutiert. Diese sahen u.a. folgendes vor:

• Ausbau der Strecke auf eine Höchstgeschwindigkeit von 200 km/h;
• Neubaustrecke zwischen Kaiserslautern und Neustadt, weitgehende Untertunnelung des Pfälzer Waldes;
• Neubaustrecke zwischen Saarbrücken und Hochspeyer, parallel zur Bundesautobahn 6 (ähnlich der SFS Köln - Rhein/Main, welche abschnittsweise der BAB 3 folgt), Untertunnelung des Pfälzer Waldes und Ausbau des Abschnitts Neustadt - Ludwigshafen;
• Ausbau der Strecke mit punktuellen Änderungen in der Linienführung zur Erzielung von Fahrzeitgewinnen.

Man entschied sich schließlich für letzteren Vorschlag.

Schnellbahnverbindung Paris - Ostfrankreich - Südwestdeutschland, Abschnitt Nord
In La Rochelle unterzeichneten am 22. Mai 1992 die Verkehrsminister der Bundesrepublik Deutschland und der Französischen Republik einen Rahmenvertrag zur Realisierung des Schnellbahnprojekts Paris - Ostfrankreich - Südwestdeutschland, kurz POS. Der Nordast dieser Strecke, bezeichnet als POS Nord und von Metz nach Frankfurt (Main) führend, sollte dabei über die Pfälzische Ludwigsbahn führen.
Die ersten Planungen für dieses Projekt begannen 1993, die ersten baulichen Maßnahmen 1998 mit der Ertüchtigung der Strecke für Neigetechnikzüge. Diese umfasst eine Erhöhung der zulässigen Streckenhöchstgeschwindigkeit um stellenweise bis zu 30 km/h für Neigetechnik taugliche Fahrzeuge. Weitere Ausbaumaßnahmen sahen u.a. folgendes vor:

• Streckenbegradigung bei Kirkel;
• Bau einer Umfahrung des Bahnhofs Schifferstadt für Güter- und Fernverkehrszüge;
• Oberbauertüchtigung für Geschwindigkeiten bis 200 km/h zwischen Saarbrücken und Mannheim;
• Modernisierung der Haltebahnhöfe der POS Nord;
• Modernisierung aller Haltepunkte und Bahnhöfe entlang der Strecke.

Der letzte Punkt bezog sich dabei nicht allein auf das Projekt POS Nord.
Die ersten beiden Projekte wurden 2002 bzw. 2003 abgeschlossen, der dritte Punkt läuft zur Zeit noch; die Strecke ist dennoch bereits auf den vorgesehenen Schnellfahrabschnitten mit 200 km/h befahrbar. Aufgrund des noch nicht installierten Zugleit- und Sicherungssystems ist die Geschwindigkeit aller Züge jeodch nach wie vor auf 160 km/h beschränkt.
Die Streckenbegradigung bei Kirkel stellte den Neubau eines kurzen Streckenstücks dar; zwischen Homburg (Saar) Hbf und Saarbrücken Hbf ist so ein Fahrzeitgewinn von ungefähr 20 bis 30 Sekunden möglich.
Die Schifferstädter Umfahrung verlässt die alte Strecke kurz hinter Böhl-Iggelheim und trifft kurz hinter Limburgerhof wieder auf die Altbaustrecke. Fernverkehrs- und Güterzüge fahren dabei - sofern sie über die Neubaustrecke geführt werden - mit unverminderter Geschwindigkeit weiter, während andere Züge den Abzweig nur mit 100 km/h befahren können. Aufgrund des Ausbauprojektes zwischen Limburgerhof und Ludwigshafen (s.u.) ist diese Regelung in Limburgerhof zur Zeit jedoch hinfällig, da hier aufgrund der Bauarbeiten die Streckenführung geändert wurde. Für alle Züge gilt bei der Ausfahrt aus Limburgerhof in Richtung Mannheim zur Zeit eine Höchstgeschwindigkeit von 80 km/h.
Im Rahmen des Projekts POS Nord wurde ebenfalls eine Änderung des Streckenverlaufs zwischen Homburg (Saar) und Limbach bei Homburg (Saar) diskutiert. Diese sollte durch den bereits in vorhergehenden Kapiteln erwähnten Zollbahnhof Homburg führen und so einen weiteren Fahrzeitgewinn zwischen Homburg (Saar) und Saarbrücken bewirken. Das Projekt wurde jedoch aufgrund hoher Kosten, geringer Wirtschaftlichkeit und zu großer Eingriffe in die Natur - der Zollbahnhof liegt in einem Wasser- und Naturschutzgebiet - verworfen, der alte Streckenverlauf beibehalten.

Viergleisiger Ausbau zwischen Limburgerhof und Ludwigshafen
Mit der Einführung der S-Bahn RheinNeckar einher ging auch die Vereinbarung eines viergleisigen Ausbaus zwischen Limburgerhof und Ludwigshafen.
In Limburgerhof trifft die Schifferstädter Umfahrung wieder auf die alte Strecke. Um Engpässe beim Wechsel von der Umfahrung auf die alte Strecke und umgekehrt zu vermeiden und um den S-Bahn-Verkehr zu beschleunigen, erachtete man den Ausbau auf diesem Abschnitt für notwendig. Mitte 2010 begann man mit den Bauarbeiten; mittlerweile ist man jedoch von einem viergleisigen zu einem dreigleisigen Ausbau übergegangen.