Die Stadtbahn sollte widmungsgemäß nicht nur der Personenbeförderung dienen, sondern im Kriegsfall auch die wichtigen Bahnverbindungen für Truppen und Munitionstransporte zwischen FranzJosefsBahn, KaiserinElisabethWestbahn und der KaiserFerdinandNordbahn herstellen. Dazu wurden Verbindungsgleise in Hütteldorf, Penzing, Heiligenstadt und beim Hauptzollamt von der Stadtbahn zu den anderen Bahnlinien gelegt. Insgesamt wurden folgende Stadtbahnstrecken errichtet:
Die Vorortelinie:
Sie führte von Heiligenstadt, wo ein Übergang zur FranzJosefsBahn errichtet wurde, über die Hohe Warte nach Währing, durch den Türkenschanzpark über Gersthof, Hernals, Ottakring und Breitensee nach Penzing und Hütteldorf. In Penzing und in Hütteldorf war jeweils eine Übergangsmöglichkeit der Stadtbahnzüge auf die Kaiserin-Elisabeth-Westbahn gegeben. Bauleiter für die Vorortelinie war Oberbaurat Gatnar. Die Länge der Vorortelinie betrug ca. 13 Kilometer.
Die Gürtellinie:
Diese Strecke reichte von Heiligenstadt zur ehemaligen Nußdorfer ”Linie“ (Linienwall), darin weiter entlang der GürteIstraße bis Gumpendorf mit einer Anbindung in Meidling bei der Lubkowitzbrücke zur Wientallinie. In der Station Gumpendorfer Straße wurde ein Weiterbau für eine später zu errichtende, jedoch nie ausgeführte Verbindungsstrecke zur Südbahn vorbereitet. Die Länge der Gürtellinie betrug ca. 8,2 Kilometer.
Die Wientallinie:
Diese Linie unterteilte man in eine "obere" und eine "untere" Wientallinie. Die "obere" Wientallinie begann in Hütteldorf und führte entlang des Wienflusses bis zur Abzweigstation Meidling. Ab hier führte die "untere" Wientallinie weiter längs des Wienflusses bis zur Station Hauptzollamt (Landstraße) mit ihrem Übergangsgleis zur VerbindungsbahnNordbahn. Die Länge der Wientallinie betrug ca. 11 Kilometer.
Die Donaukanallinie:
An die Wientallinie in der Station Hauptzollamt anschließend, folgte diese Linie dem Donaukanal bis in die Station Heiligenstadt in einer Länge von 7 Kilometern.
Bauleiter für die Gürtel, Wiental- und Donaukanallinie war Oberbaurat Millemoth.
Der Verbindungsbogen:
Um eine direkte Verbindung zwischen der Gürtel und der Donaukanallinie herzustellen, ohne daß die Züge dabei bis Heiligenstadt fahren mußten, wurde ein Verbindungsbogen zwischen den Stationen Nußdorfer Straße und Brigittabrücke (Friedensbrücke) mit einer Länge von 1,2 Kilometern errichtet.
Für die architektonische Ausgestaltung der Bahnhöfe, Stationsgebäude und aller sonstigen Anlagen wurde ab 1894 der k. k. Oberbaurat Professor Otto Wagner verpflichtet, der in der Folge die Wiener Stadtbahn in ihrem unvergleichlichen Stil entstehen ließ. Die Wiener Stadtbahn war damit auch das einzige Verkehrsmittel der Welt, das von einem Architekten als einheitliches Ganzes gestaltet und gebaut wurde. Bemerkenswert war auch die Errichtung einer eigenen Haltestelle für den kaiserlichen Hofstaat nahe der Station Hietzing. Tatsächlich wurde sie nur ein einziges Mal anläßlich der Eröffnungsfahrt – vom Kaiser benützt.