2019年9月15日，长沙轨道交通3号线湘龙站至星沙站盾构区间隧道双线“洞通”。10月13日，长沙轨道交通3号线一期工程实现全线“洞通”。12月10日，长沙轨道交通3号线一期工程实现全线“短轨通”。12月16日，长沙轨道交通3号线一期工程实现了全线“长轨通”。12月30日，长沙轨道交通3号线一期工程试运行。

2020年6月28日，长沙轨道交通3号线一期工程开通运营。

2009年9月，长株潭城际轨道交通西环线入选《长株潭城市群城际轨道交通网规划（2009-2020年）》建设项目。

2019年4月20日，长沙、株洲、湘潭三市签订《长株潭城际轨道交通西环线项目合作框架协议》。7月6日，长株潭城际轨道交通西环线建设公司挂牌。9月26日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程开工建设。10月29日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程初步设计获批。

2020年2月9日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程开始工程详勘。9月21日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程初步设计调整获批。12月4日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程长沙段车站站名方案征求公众意见。

2021年4月18日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程首台盾构始发。8月4日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程中英文站名发布。9月8日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程正式进入轨道施工阶段。12月29日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程首列电客车交付，运抵洋湖垸车辆段。2021年12月31日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程全线车站主体结构封顶。

2022年1月13日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程首个大盾构区间贯通（坪塘站—红桥站）。5月26日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程全线洞通。6月28日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程全线轨通。9月16日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程热滑试验完成，标志着全线车通。10月14日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程试运行。

2023年4月19日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程开始按照初期运营的标准和运行图行车。6月4日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程通过初期运营前安全评估。6月28日，长株潭城际轨道交通西环线一期工程开通试运营，并与长沙轨道交通3号线一期工程贯通运营。

2024年6月28日，长沙轨道交通集团官方发布新的线路图，长株潭城际轨道交通西环线一期工程并入长沙轨道交通3号线。

长沙轨道交通3号线一期工程从山塘站出发，沿坪塘大道向北布设，穿越南三环，沿井腰塘路北行，衔接坪塘科教研发及文化创意产业基地、洋湖垸总部经济区，向北穿越靳江河后入后湖路北行，穿越后湖后转向至阜埠河路，然后由天马路向东北下穿湘江，接入劳动路，沿劳动路东行，经贺龙体育中心、侯家塘-东塘商圈，过韶山路转入桂花路继续向东，至车站路转向北行，沿车站路向北敷设，至双拥路转向东行，沿双拥路往东过浏阳河后，沿洪山路继续向东敷设，经长沙大学、月湖居住板块，之后转入开元路向东行，继续往东穿过星沙大道、黄兴大道等多条主次干道，到达广生站。

长沙轨道交通3号线南延工程（长株潭城际轨道交通西环线一期工程）起于湘潭市雨湖区响水乡境内的湘潭北站，后转入潭州大道，以高架线形式沿潭州大道路中行进，经船形山站、黄家湾站、双湖站、坪塘站后转为地下线，以地下线形式沿潭州大道路侧行进，经红桥站、桐溪站、大王山站后接入长沙轨道交通3号线山塘站（不含），与一期工程贯通运营。

截至2023年6月，长沙轨道交通3号线首班车：湘潭北站～广生站为06:30；末班车：湘潭北站～红桥站为22:00，红桥站～广生站为23:00。3号线全线2023年5月12日至10月31日每周五、周六运营时间为06:30-24:00。平峰期行车间隔8分30秒，高峰期行车间隔7分34秒，超高峰期行车间隔6分48秒，各站点具体运营时刻表见下图。

长沙轨道交通3号线采用大小交路的运营方式，小交路为广生站—红桥站，大交路为广生站—湘潭北站。

2024年6月24日，受暴雨天气影响，长沙轨道交通3号线全线停止运营服务。6月24日17:30起，长沙轨道交通3号线除长沙火车站仍实施跳站（列车不停站通过）外，其余站点均恢复正常运营。

长沙轨道交通3号线列车6节编组，为B型铝合金鼓形车辆，由中车株洲电力机车有限公司制造，列车外观涂装以绿色、白色、黑色为主。车辆设计以“城市绿心”为主题，车辆前端以湘莲花瓣做装饰，线条灵动、飘逸。同时，采用车辆智能运维、车地无线大容量存储、智能客流密度分析等多项技术。

长沙轨道交通3号线一期工程设2座主变电所，其中星沙主变电所为新建，新中主变电所与轨道交通1号线共享；在山塘站西北、南三环的南侧设洋湖垸车辆段，在广生站的东南侧设置龙湘停车场；在阜埠河站设与轨道交通4号线的联络线，在月湖公园北站设与轨道交通5号线的联络线；与轨道交通1、2、4、5号线共用杜花路控制中心。

长沙轨道交通3号线南延工程（长株潭城际轨道交通西环线一期工程）设九华停车场1座，于船形山站接轨，预留车辆基地规模；建两座主变电所，为北津主变和洋湖垸主变。

长沙轨道交通3号线一期工程采用隔站设置中压逆变型再生电能吸收利用装置的方案，兼顾了绿色节能和经济性；全线车站空调设置专用节能控制系统，确保空调系统安全、稳定、低能耗运转；车站公共区设置空气净化机，提升站内空气质量；全线车站设置分类垃圾桶，积极推进城市绿色环保进程。

长沙轨道交通3号线一期工程全线公共服务设施增设母婴室；全线车辆分为强冷、弱冷车厢，乘客舒适度进一步提高；全线重点车站设置自助图书馆，以“书香地铁”的文化气息浸染城市文明。全线售票机和闸机均支持网络业务功能。

长沙轨道交通3号线湘江隧道全长2.65千米，连接湘江东西两岸的灵官渡站和阜埠河站，下穿湘江和国家5A级景区橘子洲，是全线最大的控制性重点工程。湘江隧道橘子洲段下方是形成于3亿年前泥盆纪湘江岩溶发育区，此区域的溶洞宛如一个巨大的蜂巢，溶洞见洞率高达80.6%，平均每隔1米就有1个溶洞，在这里施工极易导致地面沉陷、江水贯通，号称“地质博物馆”，施工难度在中国国内外罕见。

为了适应高水压、长距离、大埋深和湘江复杂水下岩溶发育区的施工，有效控制地面沉降，保护好湘江水资源环境，施工团队在长沙地铁建设史上首次选用泥水平衡盾构，通过水上钢平台施工方案，将溶洞处理由水上施工转换为“陆地”施工等系列方案，有效解决了在浅溶洞区搭设钢管桩的技术难题。面对湘江水源保护区，施工团队开发溶洞复杂地层成孔新技术，采用创新环保型材料，还用钢围筒做“防护墙”，隔断了施工与江水的联系，有效保护了湘江环境。施工团队还联合研发人员对盾构机做了针对性设计，应对了因施工中黏土层堵塞刀盘开口影响施工的难题。

长沙轨道交通3号线一期工程全线25个车站有13个车站位于人流建筑密集区的主城区，14个车站基坑为超深基坑工程，深度均超过25米。全线盾构5次下穿雅河、靳江河、湘江、浏阳河、后湖等高富水风险区；100余次穿越科教新村片区、牛角塘片区、阿弥岭片区等不同类型房屋建筑群；6次下穿侯家塘高架桥、东塘高架桥、万家丽高架桥、京珠高速跨线桥、人民路隧道等市政桥梁与地下隧道；8处穿越京广铁路、长株潭城际铁路、武广高铁、1号线等既有线路。3号线一期工程湘龙站至星沙站区间完成中国国内首次下穿350千米时速的高铁隧道，灵官渡站至侯家塘站至东塘站区间完成国内首次成功双线长距离上下重叠并行下穿既有运营隧道，星沙文体中心站至螺丝塘站区间完成全市首例中石油高压管道迁改工程。

长沙轨道交通3号线南延工程（长株潭城际轨道交通西环线一期工程）先后攻克了长距离和近距离下穿高铁建筑群（湘潭北站站房、站场及站前广场）、特长距离高支模支架现浇施工、穿越大型溶沟溶洞群、地下高压管廊纵贯学士路站及两端区间、两处跨河悬臂现浇桥梁施工、长沙轨道交通建设史上首次采用大直径盾构施工工法、与潭州大道快改工程共用潭州大道这一廊道两大工程交叉建设等七大重难点。

长沙轨道交通3号线一期工程以酒绿色为主色调，全线突出自然生态环境美好，车站装修以“绿动星城”为主题，设计运用虚实对比手法体现整体空间环境以生态文化为切入点，以仿生设计手法组合成各式的“花朵”“藤蔓”“叶脉”体现3号线文化特色。全线标准车站装修遵循标准化、模块化的原则实现一线一景，18个标准站分为4组方案体现，天花分为A区和B区，A区采用线面结合，整体颜色以绿色作为引导色，并采用地铁应用技术性材料，充分实现装修服务于地铁的应用功能。全线共设特色站7座，分别为阜埠河、灵官渡、东塘、烈士公园东、星沙、长沙火车站、朝阳村，特色站方案在标准化的基础上结合了周边特色文化为元素进行空间塑造。

长沙轨道交通3号线南延工程（长株潭城际轨道交通西环线一期工程）高架车站整体造型以“传统文化，融入新脉”为设计理念，其中长沙段高架站将波涛起伏的律动感融入车站造型设计，体现三湘四水的湖湘“水脉”之意。湘潭段高架站选取“莲城”盛开的莲花作为参照，侧面以钢龙骨与檩条勾勒出莲花造型，多片花瓣组合的形态，产生虚实对比。车站站厅采用通高落地式玻璃幕墙，根据层高及人体工程学分隔，实现站内站外视野“0”遮挡。车站雨棚端部增设玻璃镂空区，增加了车站的通透性，并同时注入长沙和湘潭两座城市文化元素。建设了大王山站、红桥站、湘潭北站等特色站。

长沙轨道交通3号线线路主要呈西南至东北走向，规划自城西南的坪塘到城东北的张公塘。

长沙轨道交通3号线一期工程线路全长36.5千米，均为地下线，共设置25座车站，平均站间距为1.491千米，均为地下站。

长沙轨道交通3号线南延工程（长株潭城际轨道交通西环线一期工程）线路全长17.29千米，其中地下段长7.36千米，高架段长9.47千米，过渡段长0.25千米，路基段长0.21千米，共设车站8座，其中地下站4座、高架站4座。大王山站和湘潭北站分别预留北延至长沙西站和南延至湘潭站方向线路条件，并在红桥站预留线路拆分条件。长株潭城际轨道交通西环线远期计划自山塘站引出，北至长沙西站与长沙轨道交通2号线相接，设置含浦大道站、白庭路站、学士村站、麓谷站、枫林三路站、金洲大道站、金桥村站和长沙西站等8个站点，运营速度提升至120千米/时，九华停车场扩建至车辆基地。

长沙轨道交通3号线是长沙轨道交通线网规划“米”字型架构的重要一笔，途经大王山片区、洋湖新城、岳麓大学城、贺龙体育中心、烈士公园、月湖公园、星沙商业中心等重要城市功能中心和枢纽地带，连接中南大学、国防科技大学、长沙大学、长沙火车站等高校与交通枢纽，贯穿侯家塘、东塘、四方坪等城市核心商圈，快速衔接坪浦组团、长沙主城区和星马片区，有效缓解城区南北向交通压力，促进洋湖、星沙等片区与主城区联系，引导城市向西南、东北方向拓展。（湖南日报 评）

2020年6月28日，长沙轨道交通3号线、5号线正式载客初期运营，长沙进入“全面网络化”轨道交通时代，“半小时生活圈”覆盖全城。轨道交通线网的完善大幅度加速长沙交通运输体系“质”的飞跃，提升了长沙国际化都市品质，为长沙经济发展和城市魅力奠定了基础。（长沙晚报 评）

长沙轨道交通3号线载客初期运营后，聚线成网的蝶变效应，将全力带动长沙区域经济社会发展，“红黄蓝绿紫”五彩地铁将为现代化长沙带来更快节奏、更高效率，也将全面激活星城人民“半小时生活圈”，大力提升广大市民的幸福感获得感安全感，为长沙“中国最具幸福感”城市名片再添生动注解。“米”字型架构、“十”字线网格局已然形成，更将进一步释放长沙轨道交通“网络化运营”效能，进一步加密与高铁、普铁、城铁、磁浮、机场、公路的无缝连接，构建辐射全省的立体交通网络，助力长沙打造国家级交通枢纽城市。（长沙市轨道交通集团有限公司 评）

长株潭城际轨道交通西环线作为湖南省首条跨市轨道交通线路，其运营标志着长株潭“半小时交通圈”形成，亦使得从长沙往返湘潭的单程通勤时间缩短至20分钟。（《中国交通报》 评）

长株潭城际轨道交通西环线一期工程的开通运行，为长沙和湘潭市民快捷跨市出行提供了一种新选择，对两市优化城市空间布局、支撑湘江西岸发展、推进长株潭城市群融城发展、推动区域经济社会一体化发展发挥了重要作用。（长沙市国有资产监督管理委员会 评）