Im Rahmen der baulichen Massnahmen für die S-Bahn wurden an der Strecke Winterthur - Schaffhausen der Bahnhof Marthalen ausgebaut und ein anschliessender Gleisabschnitt als Doppelspur erstellt. Damit ist seit der Inbetriebnahme der S-Bahn der Anschluss der S33 Winterthur - Schaffhausen an die S12 Winterthur - Zürich sichergestellt. Die Bevölkerungsdichte und die Wachstumsprognosen im Einzugsgebiet der S33 rechtfertigen nun die Einführung eines Halbstundentakts. Für den reinen Halbstundentakt müsste auf dem Gebiet der Stadt Winterthur eine Doppelspur für die Kreuzung der Züge gebaut werden, was mit sehr hohen Kosten verbunden wäre. Eine günstigere Lösung lässt sich mit dem Ausbau der 1,9 Kilometer langen Strecke Hettlingen - Henggart zur Doppelspur und dem Bau von Aussenperrons an den beiden Bahnhofen verwirklichen. Die Züge werden im leicht verschobenen Abstand von 24 und 36 Minuten geführt. Eine zweite Kreuzungsmöglichkeit der Züge wird im Bahnhof Dachsen geschaffen, wo ebenfalls ein neuer Aussenperron erstellt wird, damit die Passagiere die Züge erreichen ohne Gleise überqueren zu müssen.
In Winterthur wird im einen Fall der Anschluss an die S12 hergestellt, im andern Fall an die Schnellzüge, die über den Flughafen nach Zürich verkehren. Gleichzeitig mit dem Streckenausbau wird die SBB die nötigen Investitionen für die Automatisierung der Strecke vornehmen. Die Kosten von rund 13 Millionen Franken werden von der SBB allein getragen. Die Betriebsaufnahme ist für den Fahrplanwechsel vom Dezember 2004 geplant.