1983 wurde die S-Bahn vom Hauptbahnhof als S3 nach Harburg entlang der Fernbahn verlängert. Die ehemalige Strecke nach Neugraben über die heutige Fernbahn (also über Tempo-Werk, Hausbruch) wurde zugunsten des „Harburger Tunnels“ aufgegeben. Die letzte Netzerweiterung war 2007, als die S3 mit Wechselstrom auf den Regionalbahngleisen über Buxtehude nach Stade verlängert wurde. Zuvor war 1984 der neue Abschnitt bis Neugraben eröffnet worden. Im Dezember 2019 wurde der neue Haltepunkt Elbbrücken zwischen Hammerbrook und Veddel eröffnet.

Die S31 bedient dieselbe Strecke, sie endet in Altona und fährt über die Verbindungsbahn bis Berliner Tor (Wochenende, außerhalb der Geschäftszeiten), Harburg Rathaus (werktags + wochentags während der Geschäftszeiten) bzw. in Neugraben (Hauptverkehrszeit werktags).

Linienverlauf der S3:

1. Pinneberg 
2. Thesdorf
3. Halstenbek
4. Krupunder
5. Elbgaustraße (ab hier mit )
6. Eidelstedt
7. Stellingen
8. Langenfelde
9. Diebsteich (bis hier mit )
10. Altona     ( ab hier mit   bis Hbf. über Verbindungsbahn)
11. nur : Holstenstraße
12. nur : Sternschanze 
13. nur : Dammtor 
14. Königstraße
15. Reeperbahn
16. Landungsbrücken 
17. Stadhausbrücke
18. Jungfernstieg    
19. Hauptbahnhof (ab hier mit )          
20. Hammerbrook
21. Elbbrücken NEU
22. Veddel
23. Wilhelmsburg
24. Harburg  
25. Harburg Rathaus (bis hier mit )
26. Heimfeld
27. Neuwiedenthal
28. Neugraben (bis hier mit  in HVZ)
    • Systemwechselstelle Neugraben (Übergang auf Oberleitung)
29. Fischbek
30. Neu Wulmstorf
31. Buxtehude 
32. Neukloster
33. Horneburg
34. Dollern
35. Agathenburg
36. Stade