按照“十二五”规划，沈阳市计划在地铁一、二号线通车运营后，建设三条延伸线：一号线东延线工程、二号线北延线工程、二号线南延线工程，共计60.65公里。这三条延伸线的建设，对于拉动区域经济发展、方便沿线群众出行意义重大。
与此前公布的规划略有调整，目前，在三条延伸线中，一号线东延线工程、二号线南延线工程的线路走向计划进行局部调整，有关部门正在进行相关论证。二号线北延线计划继续向北延伸5公里。
据了解，一号线东延线工程即黎明至望滨城际铁路工程，西起一号线黎明广场站，东至望滨地区，全长29.45公里，设车站12座，可研报告已报省发改委批复。目前，黎明广场至马官桥地下段建设方案基本明确，并完成勘察和土地施工招标准备。马官桥至棋盘山段拟以轻轨制式采用BT方式建设。
二号线南延线工程即沈阳至辽阳城际铁路工程（上深—桃仙），北起地铁二号线一期工程全运路南端，终点为桃仙机场，全长15.6公里，设车站7座。目前完成初步设计评审和大部分勘察工作，围绕线路在桃仙机场区域走向尚在论证中。
二号线北延线工程即沈阳至铁岭城际铁路工程（松山—道义），南起地铁二号线一期工程起点三台子站，终点为莆田路，全长10.6公里，均为地下线路，设车站7座。其中，起点三台子至辽宁大学段四站四区间已于去年开工建设，目前正在准备辽宁大学至莆田路段（共三站）的施工招标工作。由于考虑到与高铁新北站换乘，该线路准备继续向北延伸5公里，设车站3座，即二号线北延线工程总长增至15.5公里。目前预可研已经上报省发改委待评审。
此外，沈阳新南站将建设地铁配套工程，作为四号线、十号线与高铁等多种交通方式换乘枢纽。目前工程已完成招标。