Una tratta che muove giornalmente circa 40 mila pendolari e che dal 2020, a raddoppio concluso, si prospetta ne muoverà 80 mila.
La Pistoia-Lucca è stata divisa in due lotti: i lavori al primo, da Pistoia a Montecatini Terme (esclusa), sono iniziati a Stazione Masotti anche se alcuni lavori propedeutici lungo la linea erano iniziati già ad Aprile.
Il raddoppio di questa tratta, circa tredici chilometri, sarà per la quasi totalità in affiancamento alla linea esistente. Inoltre, la realizzazione di opere sostitutive permetterà l'eliminazione di nove passaggi a livello: cinque nel Comune di Pistoia, e due ciascuno nei comuni di Serravalle Pistoiese e Pieve a Nievole.
L'inizio lavori del secondo lotto invece, ovvero la tratta Montecatini Terme-Lucca, è previsto per Aprile 2017. Il progetto definitivo di questa tratta è in corso di elaborazione.
Anche in questo tratto di linea, lungo circa trenta chilometri, nel corso dei lavori saranno eliminati diciassette passaggi a livello: tre nel Comune di Montecatini e i restanti in territorio lucchese.