عملیات اجرایی 19 کیلومتر از این مسیر (نخ‌ریسی به وکیل آباد) از آذرماه سال 1379 آغاز شده است. 5/10 کیلومتر به صورت زیرزمینی در تونل کم عمق و 5/8 کیلومتر در مسیر همسطح طی خواهد شد. این خط در میدان تقی‌آباد (ایستگاه شریعتی) خط دو را قطع می‌کند. خط یک مترو مشهد شامل سه قطار و هر یک دارای 20 واگن و در مجموع 60 واگن است.
خط 2 :
رضاشهر به طبرسی شمالی به طول حدود 14 کیلومتر (از جنوب به شمال و برعکس) مسیر خط 2 قطار شهری مشهد از انتهای طبرسی شمالی ـ پایین روستای کشف ـ شروع می‌شود و به بسیاری از مراکز پرجمعیت آن منطقه سرویس‌دهی مستقیم دارد.
بعضی از مراکز جمعیتی مجاور که عمدتاً طبقات محروم در آنجا ساکن هستند با طی کمترین فاصله به یکی از ایستگاه‌های خط 2 دسترسی خواهند داشت و در ادامه پس از قطع کمربندی صد متری (بزرگراه بسیج) این خط از منطقه طلاب و با فاصله اندکی از چهارراه مقدم طبرسی عبور خواهد کرد و سپس به میدان راه‌آهن و به میدان شهدا ادامه مسیر خواهد داد. در ادامه این خط با عبور از میدان سعدی و میدان تقی‌آباد ضمن عبور از ایستگاه تقاطعی با خط یک، دسترسی ویژه‌ای به زیست‌خاور خواهد داشت و در نهایت ایستگاه آخر خط مذکور با عبور از پارک کوهسنگی در میدان فضل بن شاذان خاتمه می‌یابد.
خط 3 :
شهرک ابوذر تا قاسم‌آباد به طول حدود 24 کیلومتر (از جنوب شرق به شمال غرب و برعکس) خط 3 قطار شهری از ترمینال اتوبوسرانی در انتهای خیابان امام رضا(ع) و تا فلکه آب و صحن جامع رضوی ادامه داشته و با عبور از چهارراه خسروی چهارراه شهدا به میدان شهدا می‌رسد. در این مسیر نیز بیشترین سرویس را به زائران امام رضا(ع) و اقشار متوسط ارائه می‌کند. سپس خط تا میدان فردوسی ادامه می‌یابد و در میدان جانباز و از طریق بلوار جانباز به بزرگراه امام علی(ع) و سپس با طی تمام مسیر امامیه به اراضی امامیه می‌رسد و آخرین ایستگاه در محل ساخت ترمینال جدید اتوبوسرانی برون‌شهری غرب مشهد خواهد بود.در این خط طول مسیر 19 کیلومتر شرق به غرب و برعکس است و 22 ایستگاه شامل 11 ایستگاه زیرزمینی و 11 ایستگاه همسطح دارد. حداکثر سرعت قطار80 کیلومتر در ساعت و متوسط سرعت 36 کیلومتر در ساعت است. همچنین ظرفیت جابه‌جایی مسافر تا 20 هزار نفر در ساعت در هر جهت در نظر گرفته شده و مساحت اراضی 46 هکتار است.
خط 4 :
شهرک شهید رجایی به خواجه‌ربیع به طول حدود 14 کیلومتر (از شرق به شمال و برعکس)خط 4 قطار شهری مشهد از خواجه‌ربیع آغاز می‌شود و با عبور از میدان شهدا با امتداد به سمت حرم مطهر از ضلع شمالی حرم مطهر عبور می‌کند و از میدان مصلی به سمت قلعه‌ساختمان و جاده سرخس طی مسیر خواهد کرد. این خطوط پس از ساخت و بهره‌برداری بیشترین خدمت را به اقشار متوسط و محروم مشهد خواهد کرد، ضمن اینکه با عبور دو خط از دو سمت حرم مطهر رضوی، بهترین دسترسی به حرم مطهر را برای زائران و مجاوران ایجاد خواهد کرد.
فواصل ایستگاه‌های مسیر تونل
| ایستگاه |
فاصله (متر) |
| ایستگاه غدیر تا ایستگاه پروین اعتصامی | 963 |
| ایستگاه پروین اعتصامی تا 17 شهریور | 750 |
| ایستگاه 17 شهریور تا ایستگاه بسیج | 8275 |
| ایستگاه بسیج تا ایستگاه امام خمینی | 1085 |
| ایستگاه امام خمینی تا ایستگاه شریعتی | 14075 |
| ایستگاه شریعتی تا ایستگاه قائم | 7625 |
| ایستگاه قائم تا ایستگاه طالقانی | 6125 |
| ایستگاه طالقانی تا ایستگاه فلسطین | 9175 |
| ایستگاه فلسطین تا ایستگاه خیام | 1190 |
| ایستگاه خیام تا ایستگاه آزادی | 1015 |
فواصل ایستگاه‌های مسیر همسطح
| ایستگاه |
فاصله (متر) |
| ایستگاه آزادی تا ایستگاه پارک ملت | 1073 |
| ایستگاه پارک ملت تا ایستگاه کوثر | 7903 |
| ایستگاه کوثر تا ایستگاه هاشمیه |
850 |
| ایستگاه هاشمیه تا ایستگاه دانش آموز | 780 |
| ایستگاه دانش آموز تا ایستگاه دانشجو | 808 |
| ایستگاه دانشجو تا ایستگاه صدف | 721 |
| ایستگاه صدف تا ایستگاه تربیت | 779 |
| ایستگاه تربیت تا ایستگاه اقبال لاهوری | 1027 |
| ایستگاه اقبال لاهوری تا ایستگاه نمایشگاه | 1056 |
| ایستگاه نمایشگاه تا ایستگاه کوهستان پارک | 1015 |
| ایستگاه کوهستان پارک تا ایستگاه وکیل‌آباد | 963 |