Die zweigleisig befahrene Axenstrecke zwischen Brunnen und Flüelen bildet einen wichtigen Zugang zum Gotthard-Basistunnel. Damit die Linie auch langfristig befahren werden kann, muss die SBB das seeseitige Gleis noch vor 2030 erneuern. Die Zeitspanne zwischen den beiden Eröffnungen von Gotthard- und Ceneri-Basistunnel in den Jahren 2016 bis 2019 ist für dieses Vorhaben am besten geeignet. Einerseits sind in diesem Zeitraum auch auf anderen Abschnitten der Gotthard-Achse noch nicht alle Kapazitäten vorhanden und voll ausgelastet. Andererseits kann die Erneuerung mit der Streckensperre am Ostufer des Zugersees koordiniert werden, welche von Ende 2016 bis Mitte 2018 stattfindet. Nach der Sanierung kann der Axen-Abschnitt bis 2070 für den Bahnbetrieb weitergenutzt werden. Das bergseitige Gleis wurde bereits in den Jahren 2008/09 für eine Nutzungsdauer bis 2060 erneuert.
Die Bauarbeiten werden voraussichtlich in drei Bauphasen zwischen Januar 2017 und Dezember 2019 durchgeführt. Im Rahmen des Projekts saniert die SBB insgesamt neun Tunnel mit einer Gesamtlänge von knapp sechs Kilometern. Parallel dazu werden auf der offenen Strecke Brücken, Durchlässe und Stützmauern erneuert. Für die Vorbereitungsarbeiten im Herbst 2016 ersetzt die SBB in Randstunden Züge durch Busse, während der Ausführungsphasen wird an mehreren Wochenenden ebenfalls ein Teil der Personenzüge durch Busse ersetzt. Beim Güterverkehr ist während der Bauphase tagsüber eine Kapazitätseinschränkung von fünf auf vier Trassen je Stunde und Richtung zu erwarten. Die SBB erarbeitet zurzeit das Auflageprojekt und wird dieses Ende 2014 beim Bundesamt für Verkehr einreichen. Die Projektkosten belaufen sich gemäss Schätzung auf rund 120 Millionen Schweizer Franken und werden über die Leistungsvereinbarung zwischen dem Bund und der SBB finanziert.