กรุงเทพมหานครได้พัฒนาระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร หรือรถไฟฟ้าส่วนต่อขยายเพิ่มเติมจากเส้นทางสัมปทาน โดยได้ลงทุนก่อสร้างโครงสร้างพื้นฐานและระบบการเดินรถทั้งหมดในเส้นทางส่วนต่อขยายสายสีลม และส่วนต่อขยายสายสุขุมวิท ซึ่งในการบริหารจัดการโครงการรวมทุกเส้นทางแบบบูรณาการ ประกอบด้วย

1) โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสีลม (สะพานตากสิน-วงเวียนใหญ่) ระยะทาง 2.2 กิโลเมตร
2) โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสุขุมวิท (อ่อนนุช-แบริ่ง) ระยะทาง 5.25 กิโลเมตร
3) โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสีลม (ตากสิน-เพชรเกษม) ระยะทาง 5.3 กิโลเมตร
4) โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร เส้นทางสัมปทาน ระยะทาง 23.5 กิโลเมตรภาย (หลังจากวันที่ 4 ธันวาคม 2572)

โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสีลม สะพานตากสิน - วงเวียนใหญ่ ระยะทาง 2.2 กิโลเมตร สถานีกรุงธนบุรี และสถานีวงเวียนใหญ่ นับเป็น รถไฟฟ้าสายประวัติศาสตร์ เพราะเป็นรถไฟฟ้าสายแรกที่เชื่อมต่อ 2 ฝากฝั่งแม่น้ำเจ้าพระยาเข้าด้วยกัน ช่วยให้ประชาชนในฝั่งธนบุรี ใช้บริการรถไฟฟ้าได้สะดวกขึ้น สามารถรองรับประชาชนได้ 5 หมื่นคนต่อวัน ซึ่งได้เปิดให้ประชาชนได้ทดลองใช้บริการมาตั้งแต่งวันที่ 15 พฤษภาคม 2552 โดยไม่คิดค่าโดยสารไปจนถึงวันที่ 31 สิงหาคม 2552 จะเริ่มจัดเก็บค่าโดยสารตั้งแต่วันที่ 1 กันยายน 2552 เป็นต้นไป

เมื่อเวลา 17.30 น. วันที่ 23 สิงหาคม 2552 สมเด็จพระเทพรัตนราชสุดาฯ สยามบรมราชกุมารี เสด็จพระราชดำเนินโดยรถยนต์พระที่นั่ง จากพระตำหนักจิตรลดารโหฐาน พระราชวังดุสิต ถึงสถานีรถไฟฟ้าวงเวียนใหญ่ เขตคลองสาน กรุงเทพมหานคร เพื่อทรงเปิดให้บริการเดินรถไฟฟ้าส่วนต่อขยายรถไฟฟ้าเฉลิมพระเกียรติ 6 รอบพระชนมพรรษา สาย 2 โดยมีนายอภิสิทธิ์ เวชชาชีวะ นายกรัฐมนตรี นายอภิรักษ์ โกษะโยธิน ที่ปรึกษานายกรัฐมนตรี ม.ร.ว.สุขุมพันธุ์ บริพัตร ผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร เฝ้าฯ รับเสด็จ

ในวันที่ 12 สิงหาคม 2554 ม.ร.ว. สุขุมพันธุ์ บริพัตร ผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร เป็นประธานในพิธีเปิดให้บริการเดินรถไฟฟ้าโครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสุขุมวิท (อ่อนนุช-แบริ่ง) ระยะทาง 5.25 กิโลเมตร โดยมี นายสุทธิชัย วีรกุลสุนทร ประธานสภากรุงเทพมหานคร ดร.ธีระชน มโนมัยพิบูลย์ รองผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานคร พร้อมด้วยคณะผู้บริหารกรุงเทพมหานคร และหน่วยงานที่เกี่ยวข้อง ร่วมพิธี โดยผู้ว่าราชการกรุงเทพมหานครได้ทำการแตะบัตรโดยสารจำลองบนแท่นพิธี และลั่นระฆังเป็นสัญลักษณ์การเปิดให้บริการเดินรถไฟฟ้าเที่ยวปฐมฤกษ์ ร่วมกับคณะผู้บริหารกรุงเทพมหานคร

 สำหรับโครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสุขุมวิท (อ่อนนุช-แบริ่ง) ระยะทาง 5.25 กิโลเมตรประกอบด้วยสถานีแบริ่ง (E14) สู่สถานีบางนา (E13) สถานีอุดมสุข (E12) สถานีปุณณวิถี (E11) สถานีบางจาก (E10) ซึ่งเป็นส่วนต่อขยาย รวม 5 สถานี ระยะทาง 5.25 กิโลเมตร เป็นการเชื่อมโยงโครงข่ายจากชานเมืองกรุงเทพมหานครฝั่งตะวันออกสู่ใจกลางเมืองโดยใช้เวลาในการเดินทางจากชานเมืองของกรุงเทพมหานครฝั่งตะวันออกเข้าสู่ใจกลางเมืองด้วยเวลาเพียง 20 นาที

โครงการระบบขนส่งมวลชนกรุงเทพมหานคร ส่วนต่อขยายสายสีลม ตากสิน - เพชรเกษม ระยะทาง 5.3 กิโลเมตรได้เปิดให้บริการส่วนต่อขยายสายสีลมเพิ่มขึ้นอีก 2 สถานี ระยะทาง 2.17 กม. คือสถานีโพธิ์นิมิตรและสถานีตลาดพลู ในวันที่ 14 กุมภาพันธ์ 2556 และในวันที่ 5 ธันวาคม 2556 ได้เปิดเพิ่มขึ้นอีก 2 สถานี คือสถานีวุฒากาศและสถานีบางหว้า ระยะทาง 3.8 กม. ซึ่งทำให้ส่วนต่อขยายกรุงเทพมหานครมีระยะทางรวมทั้งสิ้น 12.75กิโลเมตร 11สถานี และถ้ารวมกับรถไฟฟ้าส่วนสัมปทานมีระยะทางในการให้บริการรวม 36.9 กิโลเมตร 34 สถานี