Dans le cadre du Grand plan de modernisation du réseau engagé par SNCF Réseau (1000 chantiers entre 2015 et 2020),  les lignes Carcassonne-Quillan et Carcassonne-Castelnaudary connaitront d’importants travaux de modernisation dès le premier semestre 2017.
 
Le premier chantier (axe Carcassonne-Quillan) comprend un renouvellement des composants de la voie (ballast, rail et traverses) entre Carcassonne et Limoux (12,5 km) ainsi que le remplacement des tabliers métalliques de 6 ponts-rails. Le coût des travaux s’élève à 12,5 millions d’euros, dont 11 M€ financés dans le cadre du Contrat de Plan État Région.

Le second axe (Carcassonne-Castelnaudary) bénéficiera d’une remise à neuf des 35 km de voie de la ligne. Les travaux se dérouleront la nuit afin de limiter leur impact sur les circulations des trains voyageurs. Chaque nuit, un train usine modernisera 1 km de voie ferrée entre Castelnaudary et Carcassonne, en procédant à la dépose des matériaux anciens et à la pose des matériaux neufs en simultanée.

Le coût des travaux est d’un montant de 70 M€, financés sur fonds propres SNCF Réseau.