2003年，韩国进行第二条高铁的可行性研究，认为第二条高铁应分两阶段建设。首段会连接龙山站至益山站，与现时京釜线及湖南线平行，预计于2015年通车。第二段将益山延长至光州及木浦，预计于2020年通车，全段高铁预计约需103,786亿韩圜。

2005年1月14日，总理李海瓒与光州代表会面，希望尽早实现计划。李指出由于首段KTX路线载客率不符预期，因此定此线为长期计划。不过同年12月，政府改变立场同意于2015年前将高铁通车至光州。

正式计划于2006年8月进行。首段182.75公里的路线预计为85,695亿韩圜，第二段48.74公里预计为20022亿韩圜。整段高铁可将首尔至木浦旅程减至1小时46分钟。在2007年总统选举，最终胜出者李明博承诺将计划完工日期提早3年，不过韩国铁道公社于2009年1月指将提早一年至2014年首段通车。五松至益山段亦被用作高速行驶测试路段。