機場捷運中壢延伸線自環北站(A21)起，沿中豐路採地下方式南行，至中央西路路口附近設置老街溪站(A22)後，往南於中山路附近東轉穿越民宅至中正路，在目前台鐵中壢火車站下方設置捷運中壢車站(A23)，長度約2.06公里，總建設經費為138億元。
（右圖）中壢臨時後站及跨站天橋
為配合桃園鐵路由高架化改為地下化，A23站變更設計由地下2層改為地下3層，捷運路線軌道高程亦配合調整，原規劃以潛盾工法穿越台鐵中壢站區變更為以明挖覆蓋及管冪工法施作。計畫期程展延至2029年並分2階段通車——A22站2022年7月通車，A23站2028年7月通車。
延伸線之土建工程（含軌道工程）於2013年12月28日開工，目前A22車站工區已完成主體結構，正進行車站建築裝修及水電環控工作;A22車站至橫渡線隧道及軌道已施作完成。另橫渡線上方道路預計於今年12月31日前完成道路復舊作業;A23車站目前正進行健行路連續壁及淺挖覆蓋作業。
為利A23車站與桃園鐵路地下化共構區工程進行，新建中壢臨時後站及跨站天橋，預計今年9月底完工，取代現有中壢後站功能。跨站天橋下層除提供旅客進出乘車外，上層提供跨越中壢火車站前後站之民眾通行，預計10月啟用後將提供搭乘火車民眾及中壢市民更便捷的通行動線。
另延伸線機電工程係由德國西門子公司所領銜的團隊已於2019年10月15日開始設計，包含號誌、供電、通訊、月台門、中央監控及維修管理六大子系統，號誌系統採用於普通車加裝通訊式列車控制系統（CBTC），為國內首次具有雙號誌系統之列車，其困難度遠高於單一車載號誌系統，並於今年9月首列車交付廠商開始進行改裝等作業，朝目標邁進。
機場捷運延伸線計畫正依核定計畫期程全力推動，目前A22站已邁入施工高峰期，建築裝修、水電環控及機電系統工項正全面展開，將可達成2022年7月通車的目標;A23站亦將全力趲趕進度期能早日完工通車，以提供民眾更優質的運輸服務。
機場捷運延伸線計畫示意圖