התחנה נסגרה לתנועת רכבות נוסעים בחודש יולי 1998 עת הופסקה הפעלתן לירושלים בגלל מצבה הירוד של המסילה בקו לשם, וזמן מה לאחר מכן אף הופסקה פעילות קרוניות ההנדסה שהופעלו בקו על מנת לשמור על שלמותו. במסגרת שדרוג קו הרכבת לירושלים הוחלט גם לשדרג את התחנה ולצרפה לרשת הרכבות הפרבריות של גוש דן. שדרוג הקו מבוצע בשני חלקים - הראשון, שהושלם ב-13 בספטמבר 2003, כלל את הפעלת המסילה עד לבית שמש, והשני שצפוי להסתיים באמצע שנת 2005, יכלול את הפעלת קו הרכבת המשודרג כולו, עד לירושלים.
למעלה ולמטה: מבנה התחנה הנוכחי בתחנת בית שמש, במבטים מדרום-מערב (למעלה) וממערב, יומיים לאחר פתיחת התחנה המחודשת, עוד לפני השלמת עבודות הגינון. הכניסה למבנה נראית במרכז התמונה למעלה כשמולה נמצא גרם המדרגות היורד אל רחבת הכניסה ומשמאלה מתחיל השביל המשופע המאפשר גישה לתחנה למתקשים בתנועה. בצמוד למבנה הראשי של התחנה נמצא מבנה השליטה והבקרה (בתמונה למעלה הוא נראה משמאל למבנה התחנה ומאחוריו).
כל התמונות בעמוד זה צולמו על-ידי חן מלינג ב-15 בספטמבר 2003
התחנה המחודשת כוללת מבנה תחנה חדש, שנבנה בסגנון דומה לזה הבריטי שהחליף, שלושה רציפים לרכבות נוסעים המורכבים מרציף צד (רציף מספר 1, הרציף הדרומי) ומרציף אי (רציפים 2 ו-3) המחוברים ביניהם עם מעבר תת-קרקעי המצויד בגרמי מדרגות ובמעליות. על רציף הצד נבנה מבנה התחנה וכן מבנה שליטה ובקרה תפעולי בסגנון התקני המקובל כיום ברכבת ישראל, שנבנה ממזרח למבנה התחנה.
מבטים מהקצה המזרחי של התחנה אל רציפיה (למעלה) ואל קצה המסילה הנוכחי, לפי שהונח מחדש הקו העולה דרך הרי יהודה לירושלים (למטה)
מצב הביניים בו תהיה התחנה שרויה לתקופה של יותר משנה, וכן מיקומה המרכזי לאורך הקו הביא להחלטה להפוך את התחנה לתחנה תפעולית חשובה הכוללת גם בסיס של מחלקת ההנדסה של הרכבת, עם מוסך תקני מודרני ומסילות רבות נוספות, מלבד אלו של רציפי הנוסעים. בנוסף, במהלך עבודות הנחת המסילה החדשה בין בית שמש לירושלים, ממוקם בתחנת בית שמש בסיס העבודה של החברה הקבלנית המבצעת עבודה זו, ובתוכו הוצב מנוף שער.
למעלה ולמטה: רכבת נוסעים בתחנת בית שמש - מערכי קרונועים מספרים 25 (הקרוב בתמונות) ו-41 עומדים בתחנת בית שמש לאחר הגעתם כרכבת 533 (כפר סבא-הוד השרון 11:07 - בית שמש) ולקראת יציאתם חזרה כרכבת 534 (בית שמש 12:46 - תל אביב מרכז)
עם פתיחתו מחדש של הקו הופעל אל התחנה שירות בסיסי יחסית של רכבות נוסעים, הכולל רכבת בכל שעה בכל כיוון במשך מרבית שעות הפעילות בימי החול מלבד שעות הצהריים, בהן מדולל השירות לפעם בשעתיים עקב מגבלות תפעוליות. מרבית הרכבות מופעלות אל ומתחנת כפר סבא-הוד השרון דרך קו האיילון, וגם במוצאי שבת מופעל זוג בודד של רכבות במתווה זה. בתחילה הופעלו אל התחנה בעיקר רכבות שהורכבו ממערכי קרונועים מדגם IC3 ומעט רכבות הכוללות מערך דו-קומתי המונע על-ידי קטר מדגם JT42BW. בגלל מגבלות הקו הבודד בין לוד לצומת נען, לא עוצרות מרבית הרכבות אל ומבית שמש בתחנת לוד החשובה, וככל הנראה לא יעשו כן עד להשלמת הכפלת קטע הקו האמור.
פרטים נוספים אודות הקמת התחנה ניתן למצוא בעמודי המעקב אודות שדרוג קו הרכבת לירושלים.