東京都と渋谷区は、2008年（平成20年）6月30日に「渋谷駅街区基盤整備方針」を発表した[報道 41]。

また、2009年（平成21年）1月には「渋谷駅街区基盤整備都市計画変更（原案）のあらまし」を公表した[51]。

2010年（平成22年）10月14日、渋谷駅街区土地区画整理事業が施行認可された[報道 42]。施行期間は同年度から2026年度までの16年間となっている[報道 42]。

整備内容は以下の通りである。
駅施設の改良

旧東横線地上ホーム跡地を利用して埼京線・湘南新宿ライン（山手貨物線）ホームを北側に移動して山手線ホームと並列化する。【2020年6月1日完了】

山手線ホームを島式（1面のホームの両側に線路がある形態）に改める。【2023年1月9日完了】

銀座線ホームを東寄り（JR線よりも東側）へ移設し、ホームを島式化する。新たな位置は明治通り上の空間であり、狭い階段や改札が一新される。【2020年1月3日完了】

山手線ホーム上下の各改札口が全面的に建て替えられ、広大な乗り換えコンコースが設置される。国道246号上部では東西広場を越えるペデストリアンデッキ（国道246号横断デッキ）に連絡する。

JR渋谷駅の駅舎改良は線路切り替えを伴う大規模工事を下記の5段階に分けて実施されている。
2018年（平成30年）5月26日 - 27日および6月2日 - 3日：埼京線大崎駅方面行きの線路を切り替え[報道 13]、桁上げされた新しい線路の位置・高さに合わせ、4番線の一部が仮設ホームに切り替え。約1両分恵比寿寄りに変更された他、新宿寄りは3番線との高低差が作られて階段・スロープ、エレベーターでの行き来が必要となった。同年12月1日からは、新ホーム予定地の一部を解放して旧ホームへの連絡通路として使用。これに伴い元の連絡通路は閉鎖。

2020年（令和2年）5月30日 - 6月1日[25]：埼京線大宮駅方面行きの線路の高さを上げて東側に横移動させ、埼京線・湘南新宿ラインホームを北側に350 m移設、ハチ公改札および南改札と接続されている[報道 21][新聞 6]。

2021年（令和3年）10月22日 - 10月25日：山手線内回りの線路を東側に横移動させた上で、2番線ホームの拡幅を実施[報道 26]。また、これに先立ち、南改札が移設され、中央東改札が中央改札と統合された[報道 26]。この切り替え工事では10月23日・10月24日[報道 26]に、池袋 - 大崎間の内回りを終日運休、外回り、並びに内回りでも運休区間以外の個所においても運行本数を大幅に削減。

2023年（令和5年）1月6日 - 1月9日：旧1番線ホームの一部を撤去して山手線外回りの線路を西側に横移動させた上で、2番線ホームの西側を拡幅して山手線を2面2線の方向別運用から1面2線構造の島式ホームへと変更[報道 28]。この切り替え工事では同年1月7日・1月8日[報道 28]に大崎 - 池袋間の外回りを終日運休、内回り、並びに外回りでも運休区間以外の個所においても運行本数を大幅に削減。

2023年（令和5年）11月18日 - 11月19日：山手線内・外回りの線路・ホームの高さを上げる工事を実施[報道 29]。この切り替え工事では、11月18日に大崎 - 池袋間の外回りが、翌11月19日に池袋 - 大崎間の内回りを終日運休、並びに内回り・外回り共に運休区間以外の個所においても運行本数を大幅に削減[報道 29]。

3-5に関しては共通して、京浜東北線の快速運転中止（各駅停車で運転）、埼京線・相鉄線直通列車の延長運転（新宿発着列車を池袋発着へ変更、りんかい線新木場 - 赤羽駅間増発）、山手貨物線（湘南新宿ライン）を利用した臨時列車の運行、他社線への振替輸送などを実施した。

桜丘方面への歩道橋が整備され、東急東横店の解体工事をしている（2021年3月）。

新駅ビルの建設

旧東横線地上ホームと東急百貨店東横店を解体した跡地を利用して新たな駅ビル（渋谷スクランブルスクエア）を建設する。東棟は2019年に開業済みで、2027年までに中央棟・西棟が開業予定である。

新駅舎の建設

渋谷駅線路直上に鉄骨造6階建て、延床面積約5300平方メートルの新駅舎が建設される。