Tussen 2000 en 2006 laten NS en de NMBS tussen Schiphol en Antwerpen een hogesnelheidslijn aanleggen. Het Nederlandse deel tussen Schiphol, Rotterdam, Breda en de Belgische grens krijgt de naam Hogesnelheidslijn-Zuid. Het Belgische deel heet HSL-Noord of HSL 4. In 2009 rijden de eerste treinen via de verbinding. Door problemen met het speciaal voor de verbinding bestelde materieel rijden tot in 2022 alleen de international hogesnelheidstreinen Thalys en Eurostar op hoge snelheid over de spoorwegverbinding.
In juni 1988 presenteert NS het toekomstprogramma Rail 21, Sporen naar een nieuwe eeuw. In het programma zijn drie hogesnelheidslijnen opgenomen: de geheel nieuwe Zuiderzeelijn van Lelystad naar Groningen, de HSL-Oost tussen Amsterdam en Arnhem via de bestaande Rhijnspoorweg en nieuwe HSL-Zuid tussen Amsterdam en de Belgische grens. Uiteindelijk is alleen de HSL-Zuid gerealiseerd. Volgens de plannen in 1988 rijden in 1998 de eerste hogesnelheidstreinen over de nieuwe lijn en is de reistijd tussen Amsterdam en Parijs teruggebracht tot 3,5 uur. Het duurt echter nog tot dat jaar tot de definitieve plannen voor de verbinding zijn goedgekeurd. Vooral over de ligging van de lijn tussen Hoofddorp en Rotterdam is veel discussie. Uiteindelijk is besloten om niet parallel aan de snelwegen A4 en A13 te bouwen, maar om het tracé dwars door het Groene Hart te leiden. De spoorlijn ligt hier in een zeven kilometer lange tunnel om de landelijke omgeving zoveel mogelijk in tact te houden. De Hogesnelheidslijn-Zuid takt in Hoofddorp af van de Schiphollijn en loopt vervolgens via genoemde Groene Harttunnel langs Zoetermeer naar Rotterdam. Aan de noordzijde van de stad sluit de spoorlijn aan op het emplacement van het Centraal Station. Ten zuiden van station Rotterdam Zuid takt de HSL weer van het conventionele spoor af. Via een tunnel onder de Oude Maas en de Dortse Kil en een nieuwe Moerdijkbrug loopt de lijn naar de Belgische grens. Bij Breda komt zowel een aansluiting richting Rotterdam als naar Antwerpen.
De Hogesnelheidslijn-Zuid is in 2006 gereed, maar het duurt vervolgens nog tot september 2009 voordat de eerste reizigerstreinen van de nieuwe verbinding gebruikmaken. De treindienst via de Hogesnelheidslijn wordt in eerste instantie uitgevoerd door High Speed Alliance BV, onderdeel van NS Hispeed. Vanaf december 2009 maakt de Thalys ook tussen Rotterdam en België gebruik van de HSL. In april 2011 neemt HSA ook de verbinding Rotterdam – Breda in gebruik. HSA bestelt samen met de Belgische NMBS nieuw materieel dat speciaal is ontworpen voor de treindienst op de HSL. Door diverse oorzaken verdwijnt het materieel al na enkele maanden weer van de baan. Hierna is besloten de HSL vooral als verbindende schakel voor het binnenlandse treinverkeer te gebruiken. Vooralsnog zet NS bestaand materieel in.
DIENSTREGELING
Nadat in juni 2009 al de eerste treinen op het Belgische deel van de Hogesnelheidslijn rijden, gaat op 7 september 2009 ook treindienst op de het Nederlandse deel tussen Amsterdam en Rotterdam van start. HSA rijdt eenmaal per uur tussen Amsterdam en Rotterdam. De treinen krijgen de naam Fyra en rijden alleen doordeweeks. Vanaf december dat jaar maakt de Thalys Amsterdam – Parijs tienmaal per dag gebruik van de gehele Hogesnelheidslijn. Vanaf april 2010 rijden de Fyra-treinen ook in het weekend. Een half jaar later verhoogt HSA de frequentie naar een halfuursdienst. Vanaf april 2011 rijdt Fyra tussen Amsterdam en Breda.
In december 2012 breidt HSA het aantal treinen op de HSL-Zuid verder uit. Naast de Thalys en de halfuursdienst Amsterdam – Breda rijdt tien keer per dag de Fyra Amsterdam – Brussel Zuid via de HSL. Door diverse problemen heft NS Hispeed de laatstgenoemde verbinding in januari 2013 alweer op. Als alternatief laat de vervoerder een maand later weer via het conventionele spoor een intercity Den Haag HS – Brussel Zuid rijden. Door het onbetrouwbare imago is de Fyra-formule in december dat jaar vervangen door Intercity Direct. NS Hispeed is tegelijkertijd weer ondergebracht bij NS en heet vanaf juni 2014 weer NS International. De Intercity Direct krijgt geleidelijk de NS geel-blauwe NS-huisstijl. In de loop van 2015 verhoogt NS de frequentie tussen Amsterdam en Rotterdam geleidelijk naar een kwartierdienst. Bij het ingaan van de nieuwe dienstregeling 2016 is de kwartierdienst definitief.
Vanaf december 2017 rijdt tweemaal per dag een Eurostar tussen London en Amsterdam over de HSL. Ook rijdt voortaan elk uur één IC Direct door naar Brussel Zuid. Een jaar later krijgt de ‘nieuwe Benelux’ een eigen pad op de HSL.
MATERIEELINZET
HSA bestelt in 2004 samen met de NMBS speciaal voor de diensten op de hogesnelheidslijn negentien treinstellen van het type V250. Hoewel de eerste stellen in 2006 gereed zouden zijn, neemt de bouw meer tijd in beslag en start HSA in 2009 de treindienst op met Intercityrijtuigen en gehuurde TRAXX-locomotieven. De maximale snelheid van het materieel is beperkt tot 160 km/h. De Thalys tussen Amsterdam en Parijs rijdt intussen over de HSL-Zuid met de daarvoor bestemde TGV-treinstellen.
Eind juli 2012 maakt NS Hispeed de eerste commerciële rit met een V250 treinstel over de HSL. De daaropvolgende maanden rijden de treinstellen diverse ritten in de reizigersdienst. Bij het ingaan van de dienstregeling 2013 rijden ze officieel alle Fyra-treinen tussen Amsterdam en Brussel. Halverwege januari 2013 zijn er echter al zoveel incidenten met het materieel, dat de complete serie terzijde gaat en de treindienst Amsterdam – Brussel via de Hogesnelheidslijn tot nader order is opgeheven. De binnenlandse treinen over de HSL blijven met TRAXX-locomotieven en Intercityrijtuigen rijden. Vanaf 2014 knapt NedTrain in Haarlem alle beschikbare rijtuigen van het type op voor de dienst op de HSL. Met het oog op de uitbreiding van de dienstregeling bestelt NS bovendien 37 extra TRAXX-locomotieven.
In april 2023 gaan de eerste ICNG-treinstellen de IC Direct treinen tussen Amsterdam, Rotterdam en Breda rijden. Hierna volgt het traject Den Haag – Eindhoven. In 2025 volgt de Beneluxdienst via de HSL en verdwijnen de laatste TRAXX-locomotieven met Intercityrijtuigen.