Annoncée au printemps 2015, lors de l’ouverture par Eurostar de la nouvelle desserte directe entre Lyon et Londres, Laurence Eymieu, directrice régionale Rhône-Alpes SNCF, a confirmé fin 2015 le lancement de deux nouvelles lignes du réseau TGV Rhin-Rhône: Marseille–Luxembourg et Montpellier–Luxembourg.
D’une distance respective de 1 000 et 1 100 km, les temps de parcours seront compris entre 7 h 22 et 7 h 38 selon la circulation. Ces deux fréquences quotidiennes aller et retour (une de Marseille et une autre de Montpellier) irrigueront plusieurs gares intermédiaires: Aix TGV, Nîmes, Avignon TGV, Valence TGV, Lyon Part-Dieu, Mâcon, Dijon, Besançon TGV, Belfort TGV, Mulhouse, Colmar, Strasbourg, Metz et Thionville.
Ces liaisons s’inscrivent dans la continuité des lignes de l’axe TGV Rhin-Rhône, initiées avec la liaison entre Marseille et Francfort qui enregistre des résultats satisfaisants.
Ces lignes doivent démarrer au printemps, mais plusieurs inconnues subsistent. Cela concerne en particulier la livraison de la ligne nouvelle entre Strasbourg et Metz, après le dramatique accident d’Eckwersheim du 14 novembre, la SNCF n’ayant toujours pas communiqué la date de mise en service. À partir du 3 avril 2016, la ligne va mettre Strasbourg à 1 h 48 de Paris contre 2 h 20 aujourd’hui.
Sur ces deux liaisons à destination de Luxembourg, le matériel retenu devrait être les rames Euroduplex à deux niveaux de dernière génération, embarquant 510 passagers.