Im Zuge des Wiederaufbaus wird die Strecke für zuverlässigeren und ökologischen Verkehr elektrifiziert und mit moderner Leit- und Sicherungstechnik ausgestattet. Damit wird eine wesentliche Grundlage für einen 20-Minuten-Verkehrstakt auf der Strecke geschaffen.
Die schweren Unwetter haben die Bahninfrastruktur an der Ahr in einem historischen Ausmaß getroffen. Noch im selben Jahr der Katastrophe war die eingleisige Befahrbarkeit zwischen Remagen und Walporzheim bereits wiederhergestellt. Im Herbst 2023 wurde hier mit den Vorbereitungen für die Elektrifizierung gestartet. Das bisher noch zerstörte zweite Gleis und damit einhergehend mehrere Bahndämme und Stützwände wurden ebenso erneuert. Die Station Heimersheim wurde in veränderter Lage neu gebaut, um an einer extremen Engstelle der Ahr zukünftig mehr Platz zu geben. 3 weitere Bahnhöfe werden auf dem Abschnitt umgebaut.
Auf dem völlig zerstörten Abschnitt zwischen Walporzheim und Ahrbrück fand im Sommer 2023 der offizielle Spatenstich für den Wiederaufbau der letzten 14 Km der Ahrstrecke statt. Hier werden die Bauteams 15 Brücken neu bauen, 7 Brücken sanieren, alle Stützbauwerke und Durchlässe erneuern/sanieren, Bahndämme in großem Umfang wiederherstellen und 6 Bahnstationen erneuern.
Für die Wiederherstellung der Gesamtstrecke werden 29 Kilometer mit 28.000 Schwellen, 60.000 Tonnen Schotter, 36.000 Meter Schienen und 9 Weichen erneuert.
Im Rahmen der Elektrifizierung im gesamten Streckenbereich werden 880 Mastfundamente und 55 Kilometer Oberleitung installiert. Im Verlauf der Strecke werden 84 neue Signale installiert sowie 19 Bahnübergänge technisch erneuert und an das neue ESTW in Ahrweiler angeschlossen, welches bereits seit September 2023 in Betrieb ist und die vier mechanischen Stellwerke aus den 1950er Jahren ersetzt.