Com apoio do Banco Mundial, a CBTU contratou um Plano Diretor de Transporte sobre Trilhos para a Região Metropolitana de Belo Horizonte, com o objetivo de estabelecer as diretrizes de expansão do Metrô e definir a implantação de novas linhas, num horizonte de 20 anos. Uma das premissas para o desenvolvimento do estudo foi a de inserir o metrô no hipercentro da cidade e aumentar a acessibilidade ao sistema sobre trilhos.

O estudo foi elaborado por empresa especializada, que utilizou como base de dados a pesquisa Origem e Destino domiciliar realizada pelo Governo do Estado em 1992 e expandida em 1995 pela BHTRANS, e teve o acompanhamento dos órgãos gestores de transportes da RMBH.

Foram analisados os principais corredores de tráfego de Belo Horizonte e as vias de acesso aos demais municípios da RMBH. Entre eles destacam-se a Av. Pedro II, a Carlos Luz, a Antônio Carlos, a Amazonas, a José Cândido da Silveira, a Cristiano Machado, a Nossa Senhora do Carmo, a Raja Gabaglia, a Rua Niquelina, a Rua Padre Eustáquio.

A partir da análise dos volumes de tráfego nestas vias, foram propostos sete cenários de implantação de sistemas sobre trilhos no âmbito metropolitano e verificados os carregamentos das novas redes.

Em função das demandas verificadas, foi analisada a implantação do modo ferroviário na diretriz das Avenidas Pedro II, Carlos Luz, Olegário Maciel, Raja Gabaglia, Augusto de Lima, Afonso Pena, Nossa Senhora do Carmo, e ainda uma linha periférica ligando as estações Vilarinho - BR 040 (Ceasa) - Eldorado e Barreiro.

Ao final, foi escolhido um cenário que prevê a inserção do metrô no hipercentro de Belo Horizonte, através de uma linha na diretriz Pampulha / Savassi, cruzando a área central sob a Av. Afonso Pena e a expansão da Linha 2 Calafate / Barreiro em direção à região hospitalar, permitindo a integração com a linha 1 Eldorado / Vilarinho. Assim a linha 2 do Metrô de Belo Horizonte será a linha Barreiro / Hospitais, com um trecho em superfície no trecho Barreiro / Calafate, com 10 km de extensão e um trecho subterrâneo, com 6,5 km de extensão, passando pela Avenida Augusto de Lima, Praça Raul Soares, Av. Amazonas, Praça Sete e região Hospitalar. Já Linha 3 - Pampulha / Savassi deverá partir da estação Pampulha, localizada próximo ao Aeroporto da Pampulha ou à Universidade Federal, seguindo pela Av. Antônio Carlos, cruzando a Lagoinha e tendo continuidade através da Av. Afonso Pena, Av. João Pinheiro, Av. Cristóvão Colombo até a Praça Diogo de Vasconcelos, ou Praça da Savassi. Esta linha deverá ser totalmente subterrânea e possui 11,5 km de extensão O trecho prioritário é Lagoinha / Savassi, objetivando a redução dos veículos na área central.

A demanda prevista para as três linhas do Metrô deverá ser de 1.302.000 passageiros/dia para o ano de 2009 e 1.470.000 para o ano de 2019. No horário de pico, o carregamento máximo por sentido no ano de 2009 deverá ser de 40.000 passageiros na linha 1, 20.000 passageiros na linha 2 e 35.000 na linha 3.

Com a implantação das novas linhas, o metrô atenderá a demanda de transporte na região metropolitana, e em especial a área central de Belo Horizonte e todos os principais pólos de geração e atração de demanda, tais como o hipercentro da cidade, a região industrial, a região norte considerada área dormitório, a região hospitalar, a do Barro Preto (fórum e confecções), a da Praça da Liberdade (serviços públicos), a Savassi (comercial), a Pampulha (aeroporto, universidade e hospitais). Com esta rede será possível promover uma grande racionalização do sistema de transporte, reduzir os congestionamentos, os acidentes e a poluição atmosférica.