Suite à la directive européenne de 2004 sur la sécurité des tunnels, la construction d’un second tube a été engagée fin 2009, afin de se conformer à l’obligation de disposer d’abris de secours espacés de 500 m maximum pour l’ensemble des tunnels du réseau transeuropéen.Le principal objectif de cette opération consistait à porter le nombre d’abris du tunnel du Fréjus de 11 à 34 par la réalisation de rameaux reliés en moyenne tous les 400 m au second tube. Dans ces rameaux sont intégrés les abris de secours d’une surface supérieure aux 50 m2 (norme réglementaire).
Lors du sommet franco-italien qui s’est tenu à Lyon le 3 décembre 2012, la mise en circulation de cette galerie a été décidée par les deux gouvernements. Le second tube sera ouvert à la circulation à une seule voie (sens Italie-France), tandis que le tunnel actuel sera simultanément exploité lui aussi à une seule voie (sens France-Italie).
Ce chantier fait partie des travaux de sécurisation qui ont été menés depuis 2000 dans ce tunnel. Le second tube sera financé essentiellement par l’usager avec une augmentation progressive des tarifs du péage tunnel étalée sur plusieurs années, cette augmentation ayant commencé en 2010.
L’achèvement du creusement du tube, au moyen d’un tunnelier, a été célébré le 17 novembre 2014. Le chantier de génie civil s’est poursuivi pendant plusieurs années pour terminer la construction des ouvrages transversaux qui relient les deux tubes (abris, stations techniques, by-pass carrossables).
Le tunnel a été mis à disposition de RTE et TERNA pour y installer la liaison très haute-tension en courant continu Savoie-Piémont. Les équipements ont ensuite été déployés dans le second tube lui-même et dans l’ensemble des stations techniques réparties sur la longueur de son tracé. En 2020 et 2021, ce chantier a été pleinement impacté par la crise sanitaire.
De gros travaux ont également été réalisés sur la plateforme italienne en 2023, notamment la construction d’un pont et le déplacement sous exploitation de l’une des usines de ventilation du tunnel en service qui se trouve juste devant l’entrée du second tube.
Les tests du bon fonctionnement des nouveaux équipements impactant le fonctionnement du premier tube, celui-ci doit être fermé à plusieurs reprises en 2024, préalablement à la mise en service. Celle-ci est conditionnée par l’obtention de l’autorisation de la commission intergouvernementale.