1956年8月，上海根据中央关于防止帝国主义突然袭击的指示，提出建造地下铁道。8月23日，上海市政建设交通办公室根据战备要求编制提交《上海市地下铁道初步规划(草案)》，同时成立上海市地下铁道筹建处。当时上海建设地铁主要是出于战备考虑，将地铁作为“平战结合”工程。地铁，平时提供城市必要交通，战时可提供大容量的民防掩体或作部队调动与人口疏散的运输设施。上海地下铁道开始规划设计、方案论证和试验研究。上海地下铁道建设开始提上市府议事日程。
1959年8月，上海警备区提出:上海地下铁道应以“平战结合、以战为主”的指导思想规划建设，须从加强军事防御体系、解决机关和人民防空安全及城市交通等3方面结合，并应首先根据上海所处的战略地位、从巩固国防建设的原则出发。要求地铁与兵力集结点、空军机场、海军码头、战略物资屯放地以及军事要塞、要地、作战依托的山区和后方基地连通。根据上海所处的战略地位和核武器一般使用于战略目标的观点，深度应能抵御原子弹和氢弹[系统自动替换:猛烈膨胀]时的破坏能力，尽可能埋入基岩之内。市地铁筹建处组织相关设计科研单位，对上海地下铁道的埋设深度作浅、中、深3种方案的研究。对埋设深度作过浅(覆土10米左右，明挖法)、中(40～60米)、深(60米以下至基岩层)3种方案研究，分别由上海市政工程设计院、华东工业建筑设计院和上海市煤矿设计院做设计论证。10月，市地铁筹建处以设计模型作汇报展览，并进一步强调地下铁道的战备作用，有的部队将领认为:地铁应能运载重型坦克与大炮，并在干道两侧修建支道，设置地下战备设施。同年，由上海市公用事业管理局和上海市公共交通公司完成对全市109万市民的住址和工作地点的交通调查，市区客流主要流向，以经过市中心区的经线方向统计，第一位的是东西向(中山公园经外滩去杨树浦方向)，第二位是西南至东北向(徐家汇经人民广场去吴淞方向)，第三位是南市经曹家渡去真如方向。客流量统计:东西向为第一，南北向为其次；从各方到达及通过市中心区的客流，约占全市总量的1/3以上。以人民广场为中心，半径2.5公里的环向客流量略超出于经线方向，但平均运距较短。
经50年代末至60年代初对深埋方案的设计论证，当时的深埋方案是：如将地铁隧道置于基岩层内，可使隧道稳定，衬砌经济、无变形之虞，能抵御原子弹和氢弹直接命中的破坏力；在岩石中掘进地铁隧道，与一般山岭隧道和矿山隧道一样，在技术上并无特殊困难，问题是竖井太深，井壁承受水土压力超过当时施工技术水平。同时，深埋地下铁道上下不便。无论用那一种升降输送方式，通过能力都要受到限制，平时旅客上下，战时兵力机动或人口疏散，都要在上下咽喉处受阻，使地铁的运输功能降低。工程技术人员和有关领导认识到:在上海的地质条件下，地铁深埋，技术没有把握，土建造价较高，经测算，以“一井、一站、一公里区间”为单位:覆土20米4090万元、40米6110万元、60米11750万元。再深，造价更大，且难以证实它的必要性。最终上海地铁深埋的方案被否决，探索更加科学且符合上海实际情况的施工方案。
1960年2月，上海市隧道工程局在浦东塘桥开始作盾构掘进试验。
1963年3月，上海市城市建设局隧道处继续用直径4.2米盾构，分别在覆土4米和12米处，建成25.2米和37.8米的装配式钢筋混凝土管片衬砌试验隧道。建成长63米的装配式钢筋混凝
土管片作衬砌结构的试验隧道。证实在上海饱和含水软土地层用盾构法和钢筋混凝土管片建造隧道是可行的，从而否定了苏联专家在五十年代断言上海软土层不适合建隧道的说法。
1964年5月，市城建局隧道处提出:上海地铁的埋设深度，根据地质条件、使用要求、施工技术和经济造价的比较，将地铁埋设在较浅的淤泥质粘土层内，与深埋相比，仅在防护等级上较差。技术上的难题，一般可以解决,而且施工迅速、经济，特别对发挥地铁在城市交通上的作用更为明显。因此，上海地铁应以浅埋为主，用盾构法施工，隧道顶部覆土6米左右，即不至于影响地下管线和房屋基础。人防防护能力基本上也可以满足平战结合的一般要求。要求地铁车站、风井与各区人防干线、重要公共建筑和高层建筑地下室连通。11月，上海决定决定财政拨款2000～2400万元，结合战备在地铁规划线上的衡山路段实施地铁扩大试验工程。衡山路段试验工程实施时，已基本确定平战结合浅埋、盾构法施工的新方案。
1965年4月，市城建局提出《上海市地下铁道第一期工程计划任务书》，以中山西路漕溪路为起点，经徐家汇、衡山公园、宝庆路、襄阳公园、成都路、黄陂路(人民广场)至工人文化宫，全长6900米(不包括车站长度)，在线路南端设置车辆段，以保证一期工程建成通车。衡山路段试验工程作为上海地铁南北线一期工程的组成部分。副市长李干成强调每年要建2公里，几年后即可形成一条线。该段试验工程，既出于战备考虑，又为用盾构法建造大断面隧道作进一步试验的工程。设计用直径5.8米盾构和铸铁管片建造内径5.14米的圆形隧道。隧道覆土10米左右。为减少房屋拆迁和对外影响，工程定在衡山路西北侧，即在衡山路10号院内建盾构始发井，盾构可由该井分别向衡山公园和宝庆路方向掘进。隧道建成连通后,既可起到人防作用,又可为上海建造地铁创造条件。工程建设单位为市城建局隧道处，设计单位是同济大学和上海市隧道工程设计院，施工单位是市城建局隧道处试验工程队、市隧道公司和建工部第一基础工程公司。7月，采用盾构始发井的02竖井（上海隧道扩大试验工程具有战备性质，工程项目命以代号。工程总代号为“60工程”，其分项工程是在“60”后再加分项工程编号）竣工。隧道长10.3米、宽22.8米、深21.8米，位于衡山路10号院内。由市城建局隧道处试验工程队用沉井法施工。
1966年1月和2月，南线和北线隧道分别由2台盾构自02井向104站掘进。自02井至104站，两条600米区间隧道，由市隧道公司用自行设计制造的盾构施工。隧道采用单层装配式钢筋混凝土衬砌结构，覆土10米左右。原设计采用铸铁管片衬砌，后因部队机关提出隧道结构不宜用脆性材料，改用钢筋混凝土砌块，致使隧道内径缩小，由原设计的5.14米缩减至5米。
1967年5月，位于衡山公园内地下代号为104的车站（站台长60米、宽20米、深20米）由市基础公司用气压沉箱法施工土建结构完成。6月至7月间，南线与北线盾构先后进入104站。7月末，在完成一井一站和600米区间的两条隧道后，因“文革”对工程建设造成严重干扰，试验施工设被迫停止。
通过这一试验工程，基本掌握在饱和含水软土地层中，采用气压盾构法掘进和单层装配式钢筋混凝土衬砌结构建造隧道的主要技术。隧道盾构施工引起的地面沉陷一般为10厘米，有的达20厘米；邻近1座居民楼房，在盾构穿越时墙壁发生裂缝，门窗变形；在穿越位于风雨操场1座砖结构烟囱时，未发生倾斜或裂缝,说明在上海市区建筑物下软土地层中用盾构法和单层装配式钢筋混凝土管片衬砌建造地铁隧道，技术上是可行的。但盾构施工时对地面所引起的沉陷影响，仍需解决。用沉井法施工的02竖井，井壁四周有一定范围的塌陷；气压沉箱法建站，劳动条件差，工期长。在市区建筑物密集、地下管线错综、场地狭小的条件下，说明用这两种施工方法，建造地铁地下站并不适宜。
