La fase II del soterramiento se desarrolla en la zona oeste de la ciudad: desde aproximadamente un punto del eje ferroviario que se halla unos 700 metros al oeste de la glorieta del cuarto puente en dirección el Barrio de El Cortijo hasta pasados unos 145 metros del puente sobre la calle Marqués de Murrieta, a la altura del actual cuartel de la Guardia Civil. La actuación, por lo tanto, tiene un desarrollo de 1.935 metros y un coste previsto de casi 48 millones de euros y el plazo de 22 meses.
El Gobierno de La Rioja dió el visto bueno al proyecto básico de esta fase en reunión celebrada el 26 de noviembre de 2010. La actuación prevista mantiene la vía única de ancho ibérico y plantea la cubrición desde zona de la glorieta del cuarto puente hasta Marqués de Murrieta a lo largo de unos 1.200 metros; se realizará un nuevo paso inferior (Camino del Cristo) y se suprime la pasarela peatonal sobre la calle Fuenmayor al prolongarse ésta con Gonzalo de Berceo.
La cubrición total de este tramo no estaba prevista en el Estudio Informativo pero fue finalmente aceptada fruto de las alegaciones del Gobierno de La Rioja y del Ayuntamiento de Logroño en al año 2003; el Ministerio de Fomento aceptó incluirla en el proyecto con el compromiso de que fuese financiado al 50% por Gobierno de La Rioja y Ayuntamiento de Logroño.
Uno de los aspectos más sensibles en este tramo, debido a las condiciones hidrológicas del terreno, era la mejora de las rasantes con el objetivo de conseguir reducir al máximo la cota de las vías y eliminar al máximo el impacto visual de la trinchera ferroviaria. Tal y como se recogía en el Estudio Informativo, será inevitable la presencia de desniveles que oscilarán entre 1 metro a la altura del nº 13 de la calle Paula Montal y 5 metros en la zona del Cuartel de la Guardia Civil.