3号线全线长36.33公里，相当于1、2号线的总和，被地铁建设者们称为是“地下长城”；4号线二期长27.1公里，因为是广州首条有高架的地铁线路，也被称为广州地铁的“空中飞龙”。这两条线不仅在技术设计上与其他线路不同，在建设过程中，也有明显的特点，用4个字来概括就是：新、快、难、险。
新：首条按“Y”运行的地铁
3号线是全国首条大站快线制式线路。在设计思路和理念上，根据3号线沿线规划发展的特点，提出采用大站距快车，提高旅行速度、减少旅行时间的设计思路。3号线沿线以组团式规划发展，地铁主要解决组团与组团之间以及组团与城市中心区的客流运送，因此，采用大站距快速线的设计思路，全线平均站间距为2.3km，列车最高运行速度为120km/h，旅行速度为57.5km/h，比常规地铁高45%左右，快速效果明显。在运营概念上，3号线是国内第一条采用“Y”字形运行的地铁线路，同时，为适应不同时期的客流规模，提高服务水平，3号线率先提出采用小编组、高密度的运营方式。3号线主线和支线呈“Y”字形走向，主线行车交路和支线行车交路采用“Y”字形运行，同时为两个方向的客流提供服务。同时，为适应不同时期的客流规模，减少行车间隔、提高服务水平，列车初期采用3辆编组，最小行车间隔为120秒；近、远期采用3、6辆编组，即平峰时段采用3辆编组，高峰时段采用6辆编组，最小行车间隔为105秒，这样既提高了服务水平，又提高了列车的满载率，日均列车满载率可达40~50%，降低了运营成本。在安全疏散方面，3号线在国内地铁率先设置区间隧道纵向疏散平台。方便乘客在紧急情况下从事故隧道疏散到相邻安全隧道或前方车站，确保乘客安全。3号线在全国首个采用基于无线传输的线路，使列车在高速运行中的安全性更高。
4号线是全世界首个采用中大运量直线电机运载系统的线路，也是广州广州市轨道交通线网中第一条有高架线的线路。4号线线路所经之处，需7次穿越珠江，多次过断裂带，特殊的要求使得一般的列车根本无法达到要求。在设计理念上，广州地铁不断创新，大胆采用在国外已是成熟产品、但在国内尚属空白的直线电机系统，成功解决了4号线面临的诸多客观困难，开创了国内轨道交通采用直线电机运载系统的先河。该系统爬坡能力强，特别适用于在老城区为避开拆迁及多次穿越珠江而造成的大坡度、小转弯半径的地域条件，使选线更具灵活性，有利于线路由地下至地面、高架的过渡，并具有节能、低噪的优点。同时，4号线也是世界上首条中大运量的直线电机机车运载系统，在国际城轨交通界具有里程碑意义。此外，4号线信号系统除了拥有3号线移动闭塞特有的优点外，车地通信系统还在国内第一次采用无线传输技术，具有信息传输速率高、可靠性及安全性高，轨旁设备少，安装简单、线路维护方便等优点。4号线首次采用三轨接触轨1500V供电，使以往列车运行中需拖着的“长辫子”（接触网）移到了轨道的侧面，避免了列车上部网线对城市景观的影响，同时也使供电距离更远，系统更稳定，抵抗台风等自然灾害能力更强，使用寿命可长达50年。
快：建设速度是1号线两倍
3号线是广州市轨道交通南北向主干线，线路全长36.33km，全线共设车站18座，其中主线广州东站～番禺广场，全长28.78公里，设13座车站；支线全长7.55公里，设5座车站。3号线2001年12月26日正式动工建设，至2006年12月30日全线建成开通，仅用了5年时间（一号线18.4公里，用了6年时间建成），建设速度是一号线的两倍。
4号线2003年8月1日正式动工建设，大学城专线2005年12月26日开通试运营。4号线二期段线路全长27.1公里，设8座车站（其中两座预留车站），2005年1月18日动工，仅用了不到两年的时间建成。
难：让外国专家都瞠目结舌
3号线全线长36.3公里，长度是1、2二号线的总和，建设中所穿越的地质情况之恶劣也是已1、2号线不可比拟的。3号线有8个区间约24公里采用盾构法施工，占全线总长度的三分之二。但这8个盾构区间中，就有沥大、天华、市番三个盾构区间因地质条件极为复杂，施工遇到重重困难而成了“卡咽喉工程”。尤其是支线的天河客运站-华师区间，盾构机碰到世界罕见的上软下硬，且有“地下石林”的孤石群地层。这些让有几十年地铁建设经验的外国专家都瞠目结舌的难题，让广州地铁的建设者吃尽了苦头。
此外，3号线的盾构还需7过断裂带（瘦狗岭断裂、广三断裂、礼村断裂、里仁洞断裂和市桥断裂带），4次从珠江底下穿过；线路南北两头均需穿越繁华城区，建筑物及地下管线密集；更具有挑战性的是线路还要穿过既有的地铁1号线体育西路站、广州东站，2号线客村站并与之换乘，还丝毫不能影响运营中线路的安全。
为了克服一连串的困难，广州地铁建设者大胆地采用了一系列新技术、新工艺攻克这些工程难点。例如3号线70%的区间隧道采用盾构机掘进，全线共使用15台盾构机，是国内地铁建设史上盾构隧道最长的一条线路；采用4000余次微振爆破等工艺通过广州东站铁路枢纽，无一损坏，无一投诉；采用先矿山法暗挖后盾构拼管片通过的工法克服超硬岩地段；盾构机首次在地下调头掘进等等。
4号线是广州轨道交通中首条有高架的线路，建设中没有任何经验可循，只能靠自己摸索。4号线线路所经之处，需7次穿越珠江，多次过断裂带。在面对土建工程难题的同时，4号线的征地拆迁问题也像一只巨大的拦路虎挡在建设者面前。其中多数工点都存在拆迁滞后，有的工点因征地拆迁问题解决不了，一拖就是一年多，最典型的是4号线南段黄阁段的一个标，今年8月份才拆迁完进场，12月底就要建成开通，仅用4个月的时间又要架桥又要铺轨，又要建车站，听起来简直就像天方夜谭。
险：几十名工人曾命悬一线
3号线和4号线几年间的建设历程，可谓是一路坎坷，险象环生。
两条线在建设中都碰到盾构机突然在珠江底抛锚的重大险情。其中3号线是在沥大区间，4号线是在仑大区间。
2005年5月31日晚，沥大左线盾构机正在南珠江主航道底下掘进时，突然发生严重故障，刀盘无法转动。紧急从日本赶来的盾构专家，没有找到故障原因。后来地铁公司组织专家多次研究，判定故障可能是出在刀盘部分，要解决问题的唯一的办法就是对盾构机进行开仓检查，否则，就只能看着盾构机抛锚江底寸步难行。但是在江底对盾构机开仓检查风险极大，一旦地层不稳定，轻则掌子面塌方伤人，重则塌方后隧道与珠江连通，南珠江水带着泥砂一泻而下，将整个隧道淹没，造成灾难性后果。在江底开仓维修盾构机，在国内外都没有经验可循，有巨大的决策风险。危难时刻，地铁总公司总经理卢光霖、副总经理陈韶章等沉着、冷静地分析了地质情况，大胆决定开仓检查。终于“救活了”躺在江底的盾构机，为开通扫除了障碍。
除了来自工程本身的困难之外，突发的意外事件也同样考验着地铁建设者。2004年5月13日，广州突降特大暴雨，大街小巷就被来不及排走的积水淹没。大量的雨水顺着地势较低的华岗区间风井灌入正在施工的隧道，倾刻间隧道的水就超过了1.5米，井口最深处超过2米深。此时正在隧道中施工的几十名工人还没明白是怎么回事，就被一下子推到了生死线的边缘。幸亏施工单位应急措施得当，在积极抢救的同时，向被淹的隧道迅速抛下汽车轮胎，才使几十名命悬一线的工人转危为安。虽然事情已经过去两年多了，但每当提起此事，工程的负责人还是心有余悸。
在3、4号线几年的建设过程中，类似这样的险情还有很多，但在业主地铁公司和施工单位的共同努力下，每次险情都得到了妥善的处理，一次次的化险为夷才使得工程能继续推进，也正是这一次次的考验使地铁的建设者不断积累经验，为克服更棘手的难题打下了基础。