Tra la fine dell'Ottocento e l'inizio del Novecento Livorno contava oltre centomila abitanti ed era l'undicesima città d'Italia per popolazione.
Di fronte alla perdita delle franchigie e alla crisi in cui versava l'economia cittadina nell'ultimo scorcio del XIX secolo, fu messa in programma la realizzazione di una serie di infrastrutture, alcune delle quali legate al potenziamento dei mezzi di trasporto: nel 1881 fu inaugurata la linea tranviaria a cavallo, nel 1897 fu la volta della tranvia elettrica e nel 1908 della funicolare di Montenero.
Il rilancio della città, in ogni caso, doveva passare soprattutto attraverso lo sviluppo del porto e dei collegamenti ferroviari. Per quanto riguarda il porto, nel 1908 fu approvato il progetto per lo scavo di una nuova darsena corrispondente all'attuale bacino Firenze, ma lo scoppio della prima guerra mondiale causerà un rinvio dei lavori e la stesura di un nuovo piano nel 1923.
Anche la questione dei collegamenti ferroviari risultò piuttosto complessa. Dagli anni settanta dell'Ottocento, con la costruzione della Pisa - Collesalvetti, il collegamento con Livorno era decaduto a quello di linea a carattere locale; in questo avevano giocato un ruolo determinante le pressioni politiche esercitate proprio da Pisa, che aveva tutto l'interesse ad ostacolare l'uscita di Livorno dall'isolamento secolare dell'ex porto franco.
Per un analogo motivo, anche la proposta di realizzare almeno un tracciato diretto Livorno-Pontedera, per privilegiare i collegamenti tra il porto e l'entroterra, rimase solo su carta (curioso notare che a distanza di oltre un secolo l'idea non sia del tutto tramontata).
In tutta risposta, all'inizio del Novecento le autorità livornesi riesumarono un vecchio progetto per la realizzazione di una ferrovia costiera Viareggio-Livorno-Cecina, con l'esclusione di Pisa. Il piano non trovò il consenso del Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici, che optò invece per un suo ridimensionamento: fu così che il 17 agosto 1903 fu finalmente approvato il progetto di massima della sola linea a doppio binario Livorno-Vada.