ในแผนระยะแรก รถไฟฟ้ามหานคร สายนัคราพิพัฒน์ มีแผนเส้นทางเพียงแค่ รัชดาฯ-ลาดพร้าว-สำโรง และมีแผนเส้นทางส่วนต่อขยายจากสถานีสำโรง โดยวิ่งไปตามแนวถนนปู่เจ้าสมิงพราย และข้ามเขตไปยังฝั่งธนบุรีต่อไป แต่เนื่องจากนักวิชาการและประชาชนเล็งเห็นว่า ในส่วนสถานีรัชดาฯ-ลาดพร้าว ควรต่อขยายเส้นทางออกไปจนถึงรถไฟฟ้าบีทีเอส สายสุขุมวิทที่สถานีรัชโยธิน เพื่ออำนวยความสะดวกให้ผู้โดยสารที่ต้องการเดินทางด้วยรถไฟฟ้าบีทีเอส สามารถเดินทางข้ามเขตจากสายสีเหลืองได้ทันที โดยไม่ต้องไปเปลี่ยนสถานีซ้ำซ้อนที่สถานีพหลโยธิน หลังจากมีข้อติในเรื่องดังกล่าว การรถไฟฟ้าขนส่งมวลชนแห่งประเทศไทย หรือ รฟม. ได้ออกแผนศึกษาเส้นทางด่วน และพบว่าเส้นทางดังกล่าวสามารถขยายเส้นทางออกไปได้ แต่ยังไม่มีความพร้อมและหลักประกันผู้โดยสาร จึงคงเส้นทาง รัชดาฯ-ลาดพร้าว-รัชโยธิน ไว้เป็นส่วนต่อขยายต่อไป

ในวันที่ 7 พฤศจิกายน พ.ศ. 2559 กิจการร่วมค้าบีเอสอาร์ ได้ยื่นข้อเสนอพิเศษในการก่อสร้างเส้นทาง รัชดาฯ-ลาดพร้าว-รัชโยธิน ไปพร้อมกับเส้นทางหลัก โดยให้ รฟม. พิจารณาพร้อมกับข้อเสนออื่นๆ ตามเอกสารที่ยื่นประมูลไป โดยโครงการดังกล่าวจะประกอบไปด้วยสองสถานีเพิ่มเติม คือ สถานีจันทรเกษม ตั้งอยู่ด้านหน้าศาลอาญากลางรัชดา ศาลแพ่งกลางรัชดา และศาลยุติธรรม ใกล้ ๆ กับมหาวิทยาลัยราชภัฏจันทรเกษม และสถานีพหลโยธิน 24 ตั้งอยู่ด้านหน้าสถานีตำรวจนครบาลพหลโยธิน บนที่ดินของการรถไฟแห่งประเทศไทย ซึ่งเมื่อเสร็จสิ้นทั้งโครงการตามแผน รถไฟฟ้าสายสีเหลืองจะต่อเชื่อมกันเป็นวงแหวนกับรถไฟฟ้าบีทีเอส ช่วงสถานีพหลโยธิน 24 ถึงสถานีสำโรง

แต่อย่างไรเสีย กลับมีการคัดค้านการเกิดขึ้นของส่วนต่อขยายนี้จาก บริษัท ทางด่วนและรถไฟฟ้ากรุงเทพ จำกัด (มหาชน) หรือบีอีเอ็ม ผู้ให้บริการรถไฟฟ้าสายสีน้ำเงิน เพราะเป็นกังวลว่าส่วนต่อขยายนี้จะทำให้บริษัทเสียรายได้ที่ควรจะได้ จากพฤติกรรมการเดินทางที่เปลี่ยนไปของผู้โดยสาร ซึ่งบีอีเอ็มได้ประเมินไว้ก่อนการลงทุนส่วนต่อขยายสายสีน้ำเงินว่าผู้โดยสารของสายสีเหลืองจะต้องลงที่สถานีลาดพร้าวทั้งหมด เพื่อต่อสายสีน้ำเงินไปยังสายสีเขียวที่สถานีพหลโยธิน-ห้าแยกลาดพร้าว หรือสถานีสวนจตุจักร-หมอชิต แต่การเกิดขึ้นของส่วนต่อขยายนี้จะทำให้ผู้โดยสารไม่ลงที่สถานีลาดพร้าวทั้งหมด และต่อไปยังสถานีใหม่ที่จะเชื่อมกับสายสีเขียวแทน ซึ่งต่อมา รฟม. ได้มีการประเมินผลกระทบที่จะเกิดขึ้นและพบว่าส่วนต่อขยายนี้จะทำให้ยอดผู้โดยสารของสายสีน้ำเงินลดลงประมาณ 1% ของผู้โดยสารสายสีเหลืองทั้งหมด และจะลดลงเรื่อย ๆ จนถึงปีที่ 30 ของสัญญาสัมปทาน แต่ก็ไม่มีหลักประกันว่าด้วยจำนวนผู้โดยสารเท่านี้ จะสร้างความเสียหายมากมายให้บีอีเอ็ม จึงทำให้บีทีเอสที่เป็นผู้ถือหุ้นใหญ่ ยืนยันว่าจะไม่ชดใช้ค่าเสียหายและค่าเสียโอกาสใด ๆ ให้บีอีเอ็ม จนกระทั่งวันที่ 3 กรกฎาคม พ.ศ. 2566 อีบีเอ็มระบุว่าข้อเสนอการก่อสร้างสถานีส่วนต่อขยายได้ถูกยกเลิกลงเนื่องจากพ้นระยะตามที่ระบุในข้อเสนอคือต้องอนุมัติโครงการก่อนเปิดดำเนินการเชิงพาณิชย์ โดยหลังจากนี้หาก รฟม. สนใจที่จะก่อสร้าง และหาข้อสรุปกับบีอีเอ็มได้ชัดเจน อีบีเอ็ม ก็จะไม่ดำเนินการก่อสร้างให้ฟรีตามข้อเสนอ เนื่องจากกินระยะเวลาสัมปทาน และการก่อสร้างภายหลังอาจไม่คุ้มค่าอีกต่อไป

อย่างไรก็ดี กรมการขนส่งทางราง ได้นำเอาข้อเสนอของโครงการมาพิจารณาต่อขยายเพิ่มเติมไปยังทางแยกรัชวิภา เพื่อเชื่อมต่อกับรถไฟฟ้าชานเมือง สายธานีรัถยาที่สถานีจตุจักร, รถไฟฟ้ามหานคร สายฉลองรัชธรรมที่สถานีวงศ์สว่าง, รถไฟฟ้าชานเมือง สายนครวิถีที่สถานีบางกรวย-กฟผ. และรถไฟฟ้ามหานคร สายเฉลิมรัชมงคลที่สถานีบางอ้อ รวมถึงเชื่อมต่อการเดินทางบนแม่น้ำเจ้าพระยาที่ท่าวัดสร้อยทองได้อีกด้วย