のハイブリッド滑走路'''として、既存のB滑走路とほぼ平行に全長2,500m幅60mの新滑走路の建設が進んでいる。なお、このD滑走路の設計耐久年数は、100年を想定<ref>羽田再拡張D滑走路建設工事共同企業体の説明パンフレット2冊 第2版 2007年5月発行</ref>している。

設計・施工・運用にあたって制約条件がいくつかある。

• 多摩川の流れを遮らないこと。→南側1100mおよび現空港との連絡誘導路を桟橋形式にして川の流れをせき止めないようにしている。
• 既存の滑走路の離着陸を妨害しないように工事をすること。→進入コース直下での大型クレーンによる施工など制限表面に抵触する作業は空港運用時間外の夜間に行っている。また、高さを低く改造した作業船も用いている。
• 東京港に入出港するタンカー、貨物船などの安全な航行を妨害しないようにすること。→空港東側にある東京港第一航路を一部移設する。また、工事期間中は東京航行安全情報センターを設けて一般船舶が工事区域に侵入しないように警戒その他の業務を行っている。

この滑走路の整備により、空港の処理能力である「年間発着能力」は29.6万回から40.7万回まで引き上げられ、国内線については発着枠の増加により現在より飛行機の小型化、多頻度運航化が可能となる。国土交通省は将来の国内航空需要に対応した発着枠を確保した後の余裕枠を活用すると年間6万回程度（短距離便と中・長距離便がそれぞれ3万回、1日約80便）の就航が可能となるという見解を示している。概ね就航可能な国際定期便については、短距離便で北京やソウル、釜山、上海、大連など。中・長距離便で北米や欧州、東南アジアなどの主要都市。かつては羽田発着国内線最長距離の石垣空港間1947km（1228マイル）以内の区間を目安としていたが、2008年4月1日に開設され、現在は日本航空と全日空が運航する香港線で早くも原則が崩れかけていた。

羽田空港沖は江戸前マアナゴなどで有名な漁場である。滑走路の建設工事の影響により漁獲量減少が懸念されるとして、地元漁協と国交省の漁業補償交渉が難航した。当初、同省は閣議決定されていた2009年末の供用開始に向け、2006年春頃の着工を目指していたが、結果的に目標は達成できなかった。工事は2007年3月31日に開始され、5月20日に関係者による着工記念式典が行われた。同省は、当初の計画に間に合わせるために、工期短縮の方法などを模索しているが、2010年10月完成・供用開始を予定している。また、長距離国際線への対応として、C滑走路の3,350mへの延伸が政府・与党によって検討されていると一部報道がある<ref>羽田Ｃ滑走路延伸へ、深夜など大型欧米便可能に…政府・与党 読売新聞 2009年4月4日</ref>。

D滑走路は現在の管制塔からかなり離れており、現在の管制塔から管制官が目視したとき、安全上規定されている視野角を部分的に確保することができない。また、新設される誘導路の一部が建物の影に隠れてしまい、機体を目視で確認できない部分が生じてしまう。そこで新たに現在の管制塔の南東側、第2駐車場に隣接する「バスプール」のエリアに、世界で3番目・国内最高の高さとなる116mの新管制塔を建設している。これにより、現在の管制塔の飛行場管制室は供用開始からわずか10数年で役目を終えることになるが、新管制塔供用開始後も撤去されずバックアップ用の予備管制塔となる。また、新管制塔で新設されるのは飛行場管制室だけで、ターミナルレーダー管制室や航空局庁舎は現在の位置に残る。また発着能力増大に伴いグランドコントロールだけでは対処飽和になる可能性が出てくることから、グランドコントロールとは別にエプロン地区のみを管制する「ランプ・コントロール」導入が考えられており、仮に導入された場合、現在の管制塔は成田国際空港の旧管制塔のように「ランプ・コントロール・タワー」として再利用されることも検討されている。

このD滑走路の設置計画当初は既存のB滑走路と完全に平行な滑走路の建設を予定していたが、南風・雨天時に千葉県浦安市街地の上空を通過すること、また東京ディズニーリゾートと直線距離300mの沖合いを通過することが問題視され、滑走路の方位を7.5度変更した。この変更により川崎市にある東京湾アクアラインの換気塔が制限表面上に出るため、この換気塔は頂部の装飾を改修する。