Tracée partiellement en Allemagne, la ligne Zurich – Bülach – Schaffhouse (46,94 km) est moins ancienne que l’itinéraire établi via Winterthur dès 1857. Mais son rôle vis-à-vis des trafics voyageurs et marchandises est devenu significatif et doit être renforcé.

L’amorce du futur itinéraire intervient en 1856 avec l’ouverture de la section Zurich – Oerlikon par la Nordosbahn (NOB), prolongée en 1865 jusqu’à Oberglatt et Bülach par la compagnie du Bülach – Regensberg (BR) qui mettra parallèlement en service, la section Oberglatt – Dielsdorf. Cette antenne (appelée ligne du Wehntal) sera prolongée en 1891 jusqu’à Niederweningen-Dorf par la NOB (qui a repris le BR en 1877) et en 1938 par les CFF jusqu’à Niederweningen. La ligne Oerlikon – Bülach est connectée en 1876 à la transversale Winterthur – Koblenz, ouverte par la NOB et servant en 1897 au bouclage de la nouvelle liaison Zurich – Schaffhouse, grâce à l’établissement de la section Eglisau – Neuhausen. En raison de contraintes géographique (méandres du Rhin) et politique (tracé de la frontière), la ligne doit être établie, un peu après Rafz à un peu avant Fischerhölzli, sur le territoire du grandduché du Bade, avec desserte de Lottstetten, Jestetten et Altenburg-Rheinau (aujourd’hui fermée). Une convention interétatique, afin de formaliser la construction et l’exploitation de la future ligne, est signée à cet effet en 1875. Elle est toujours en vigueur. Les normes à appliquer pour le ferroviaire sont suisses. L’exploitation de la ligne s’effectue actuellement, sous mandat de l’OFT, par les CFF qui sont concessionnaires jusqu’en 2029.

La double voie devient opérationnelle de Bülach à Eglisau en 1897 et de Neuhausen à Schaffhouse en 1931. Les sections Oerlikon – Glattbrugg, Niederglatt – Bülach, Oberglatt – Niederglatt, Glattbrugg – Rümlang et Rümlang – Oberglatt sont traitées en 1979, 1980, 1983, 1984 et 1985. Les tronçons Hüntwangen – Rafz et Jestetten – Süd-Fischerhölzli l’ont été en 2010 et 2012, dans le cadre du programme du raccordement au réseau ferroviaire européen à haute performance. Avec l’étape 2035, la partie Lottstetten – Jestetten (3,8 km pour 180 millions de francs suisses, soit environ 186 millions d’euros) devrait être doublée à l’horizon 2029. La ligne (13 ‰) est électrifiée en 15 kV 16,7 Hz en 1928. Elle est en l’état équipée, conformément à la signalisation extérieure suisse, avec contrôle des trains par Euro- ZUB/Euro-Signum et ETCS L1 LS. La vitesse maximale est de 125 km/h. L’itinéraire comporte à Eglisau un remarquable viaduc sur le Rhin (440 m) et, aux abords des chutes éponymes, plusieurs « petits » ouvrages : tunnels de Fischerhölzli (112 m) et de Neuhausen (144 m), ponts de Schweizerhofs I (82 m) et II (84 m). C’est du reste sur cette section à voie unique que la halte de Neuhausen Rheinfall a été créée, pour accueillir des RER tant zurichois que schaffhousois.