以直通运输分担东西向客流
东京东西线由帝都高速度交通营团建设，是都市计划第5号线。营团于1960年8月确定中野至东阳町的建设计划，目标是在中野与日本国有铁道中央线衔接，让郊区列车经地下线路进入都心，并分担既有线路的拥挤。
此后，为缓解总武线的运输压力，线路继续向千叶县延伸。1964年3月，营团确定东阳町经浦安、行德至西船桥的建设计划。最终的线路穿过高田马场、饭田桥、大手町、日本桥和茅场町，在西船桥接入总武线，把东京西部、都心和东部近郊连为一体。
1964年先开通4.8公里
高田马场至九段下段于1962年10月19日动工，营业长度4.8公里，设高田马场、早稻田、神乐坂、饭田桥和九段下五站。施工后还须完成轨道、电气、建筑等检查。1964年12月21日取得营业许可，次日在高田马场举行竣工及首列车发车仪式。
公众营业从12月23日首班车开始。当时保有车辆18辆，全天采用三辆编组、五分钟间隔，全程运行10分30秒。1964年因此标志着这一个先行区段投入运营，东西两端与国铁的直通体系尚待后续工程接续。
参考：[1]
分工区建设与铁路协作
中野至东阳町的土木工程按35个工区发包，其中高田马场至九段下先行段分为10个工区。行业工程记录列出参与先行段的村上建设、清水建设、熊谷组、鹿岛建设、大林组、铁建建设等承包企业。营团组织多家施工队伍，并将土木、轨道、供电和车站建筑工程衔接起来。
既有铁路附近的施工还需要其他机构配合。中野站内的连接工程和高田马场附近穿越山手线下方的工程委托国铁实施；江户桥与都营地铁1号线的立体交叉工程则委托东京都。通车前的联合检查，把分区完成的设施汇合为可以运行列车的线路。
道路、软土地层与河流
先行段多数采用明挖施工，但道路狭窄、交通繁忙，不能处处布置普通双线隧道。神乐坂附近将两个方向的线路上下叠置，并为不易设置地面通风口的区段安排专门通风室；部分坚硬砂砾层采用钻孔等工法，以适应地层和邻近建筑条件。
工程进入江东地区后，软弱冲积粉土与运河成为主要限制。门前仲町至东阳町附近约1.8公里采用两条并列单线盾构隧道。隅田川河底段则以16座沉箱完成约411米结构，为维持船舶航行，分次封围河道施工。不同区段采用不同方法，避免把全线视为同一种地下开挖工程。
参考：[1]
为国铁直通统一规格
与国铁相互直通的要求落实到车辆和线路规格。双方协商采用1,067毫米轨距、直流1,500伏架空线供电，隧道内使用刚性接触线。车辆采用20米级车体，车站按可以停靠十辆编组列车配置站台，为日后增加运量保留条件。
1966年3月16日，中野至高田马场和九段下至竹桥两段开通。4月28日，营团列车开始经中野驶入中央线至荻洼；同年10月1日，东西线延至大手町，并开始与国铁列车相互直通。线路连接、供电和车辆兼容共同支持了跨运营机构的服务。
参考：[1]
1969年全通与快速服务
1967年9月14日，线路延至东阳町。1969年3月29日，东阳町至西船桥15公里投入营业，使中野至西船桥的营业里程达到30.8公里。东部有较长的地上高架区间，需要跨越荒川等河流；它与都心的地下段共同组成这条跨县线路。
全线开通后，东阳町至西船桥区间安排快速列车，葛西和原木中山具备待避条件。1969年4月8日，中央线直通范围扩至三鹰，同时营团列车开始驶入总武线至津田沼。线路逐步由五站的市内接驳段，发展为连接两侧郊区与都心的通勤通道。