wybrano jednak wariant płytszego tunelu popierany przez PKP. Jego projekt zatwierdzono w 1921 i w 1924 rozpoczęto budowę. Z powodu braku środków prace dwukrotnie przerywano. Uroczyste otwarcie tunelu i całej linii średnicowej nastąpiło 2 września 1933. 15 grudnia 1936, po zakończeniu pierwszego etapu elektryfikacji Warszawskiego Węzła Kolejowego, tunelem przejechał pierwszy pociąg elektryczny.
W 1944 r. tunel został bardzo poważnie uszkodzony. Po szybkiej odbudowie, w 1948 r. oddano do użytku komorę dalekobieżną (dodatkowe dwa tory). Uroczyste otwarcie kompletnego, czterotorowego tunelu miało miejsce w czerwcu 1949 wraz z oddaniem do użytku odbudowanego mostu średnicowego. Docelowy układ komunikacyjny tunelu średnicowego wraz z przystankami Śródmieście, Powiśle i Ochota oddano do użytku w 1963 r.
Jedyny w późniejszym okresie remont tunelu miał miejsce w połowie lat 80. XX w. i ograniczył się w zasadzie do naprawy izolacji stropu oraz ścian. W 2003 r., w związku z bardzo złym stanem technicznym tunelu południowego (ograniczenie prędkości szlakowej do 20 km/h), podjęto decyzję o generalnym remoncie, który rozpoczął się 1 lipca 2006 r. Termin zakończenia robót był przekładany trzy razy (początkowo planowano październik 2006, następnie 9 grudnia 2006, 18 grudnia 2006).