Die Verlegung des Bahnhofs führt zu einer Steigerung der Reisendenzahl um 2,3 Prozent und perspektivisch um bis zu 50 Prozent durch eine deutliche Verbesserung des Fahrgastangebotes.

Am neuen Bahnhof werden täglich ca. 150 zusätzliche Fern- und Nahverkehrszüge halten. Außerdem wird es nach der Realisierung der S 4 täglich ca. 230 zusätzliche S-Bahn Halte geben. Vier Buslinien werden den neuen Bahnhof an das vorhandene Verkehrsnetz anbinden. Ein Ausbau ist geplant. Der neue Bahnhof wird das öffentliche Verkehrsangebot im Hamburger Westen (Bezirk Altona und der nordwestlich gelegenen Stadtteile des Bezirks Eimsbüttel) und in den nordwestlich an Hamburg angrenzenden Gemeinden des Landes Schleswig-Holstein maßgeblich verbessern. Der neue Bahnhof wird konsequent auf den Fahrradverkehr ausgelegt. Es entsteht eigens ein Parkhaus für Fahrräder mit rund 600 Stellplätzen.

S-Bahn: S 21, S 3 und S 4 (Diebsteich - Rahlstedt; die Verlängerung der S 4 bis Bad Oldesloe erfolgt voraussichtlich zwei Jahre später); Nahverkehr: RE 6 (Altona-Itzehoe-Heide-Husum-(Westerland), RE 7 (Hamburg Hbf-Kiel/Flensburg), RE 70 (Hamburg Hbf-Elmshorn-Kiel), RB 61 (Hamburg Hbf-Elmshorn-Itzehoe) und RB 71 (Altona-Wrist); Fernverkehr: Von/nach Westerland, Flensburg, DK und Kiel; endend von/startend nach Berlin, München, Stuttgart/CH, NRW.

Mit der S 1 fahren täglich im Schnitt gut 30.000 Menschen von Westen stadteinwärts. Gerade mal rund 1% von ihnen wechseln in Altona direkt auf Regional- und Fernbahnen. Diese Reisenden können einfach in der S 1 sitzen bleiben und – wie übrigens die meisten es heute schon tun – bis zum Hauptbahnhof durchfahren.

Die Pünktlichkeit wird sich durch den Wegfall von miteinander in Konflikt stehenden Zugfahrten erhöhen.

Im neuen Fern- und Regionalbahnhof Hamburg-Altona wird der Anlagenbestand reduziert. Ein geringerer Anlagenbestand bedeutet eine geringere Störanfälligkeit und somit höhere Qualität. Die Anzahl der Instandhaltungsarbeiten reduziert sich und die Verfügbarkeit der Anlagen steigt. Bei dem neuen Bahnhof Hamburg-Altona handelt es sich um einen Durchgangsbahnhof und nicht mehr wie bisher um einen Kopfbahnhof. Dadurch operiert der neue Bahnhof mit einer höherer Effizienz und weist ein höheres Betriebspotenzial auf. Die Züge können schneller in den Bahnhof ein- und ausfahren. Es fallen weniger Wenden und kürzere Leerfahrten an. Diese positiven Effekte überwiegen deutlich die Tatsache, dass der alte Kopfbahnhof über zwei Gleise mehr verfügt.

Die Lage der Gleise im Bereich des Abzweigs Rainweg (Harkortstraße) lässt gegenwärtig nur eine geringe Geschwindigkeit der Züge zu. Durch Verbesserungen der Gleislage kann die zulässige Höchstgeschwindigkeit heraufgesetzt werden. Daraus wird sich künftig eine Verkürzung der Fahrtzeit zwischen Hamburg Hauptbahnhof und dem Bahnhof Hamburg-Altona von rund einer Minute ergeben.

Für die Bereitstellungsfahrten zwischen dem Betriebsbahnhof Hamburg-Langenfelde und dem heutigen Fern- und Regionalbahnhof Hamburg-Altona müssen Gleise belegt werden. Außerdem ergibt sich durch den Kopfbahnhof im Betriebsablauf häufig die Notwendigkeit, auf dem Fahrweg eines Zuges andere Gleise zu kreuzen. Züge, die die zu kreuzenden Gleise belegen, müssen abwarten. Daraus ergeben sich einerseits Verringerungen der Auslastung, andererseits Verzögerungen im Betriebsablauf und Verspätungen. Durch die Ausführung des neuen Bahnhofs Hamburg-Altona als Durchgangsbahnhof entfallen diese Hindernisse weitestgehend. Dadurch können sowohl die Auslastung als auch die Pünktlichkeit im Betriebsablauf erhöht werden.

Während bisher jeder Zug im Nah- und im Fernverkehr auf dem Bahnhof Hamburg-Altona die Fahrtrichtung wechseln muss, werden künftig sämtliche Züge in derselben Fahrtrichtung in den Bahnhof Hamburg-Altona ein- und anschließend ausfahren. Davon ausgenommen sind die von Norden kommenden Züge im Nahverkehr, die fahrplanmäßig im Bahnhof Hamburg-Altona enden und anschließend wieder nach Norden ausfahren.

Aufgrund von umfangreichen technischen Arbeiten an den Stellwerken (u.a. Softwarewechsel) wird es ab dem Jahr 2022 bis zur Inbetriebnahme, jeweils in den Hamburger Frühjahrsferien zu Vollsperrungen der Fern- und Regionalbahngleise zwischen Hamburg Hauptbahnhof und Langenfelde kommen. Der S-Bahn-Verkehr bleibt davon unberührt. Züge aus dem Süden enden in diesem Zeitraum am Hauptbahnhof. Die Zugverbindungen aus dem Norden wenden dann übergangsweise in Pinneberg. Für Reisende im Fernverkehr besteht weiterhin die Möglichkeit, dort in die S-Bahn Richtung Hamburg umzusteigen.

Vier Buslinien werden Diebsteich zuverlässig mit dem vorhandenen Verkehrsnetz verknüpfen. Ein Ausbau ist geplant.