Bud har lämnats in av Abellio, Arriva, KeolisAmey och MTR för nästa Wales och Borders franchise.
Den vinnande anbudsgivaren måste göra en del av sin vinst tillgänglig för återinvestering i järnvägen.
De kommer också att ansvara för en omfattande uppgradering av järnvägsnätet i och runt Cardiff som en del av Metro-systemet.
Ett kontrakt kommer att tilldelas i början av 2018.
De fyra anbuden bedöms av Transport for Wales (TfW), ett walesiska statligt ägt företag, som en del av vad ministrarna sade skulle vara en "ambitiös och kreativ inte för vinstmodell".
Tjänstemännen sade att de fyra föredragna anbudsgivarna var de enda fyra som gav sig till känna för kontraktet.
Den walesiska regeringen har satt upp sina ambitioner för tunnelbanan, men det kommer att vara upp till anbudsgivarna att föreslå hur den kommer att fungera, samt att utarbeta planer för att bygga ett nytt järnvägs- eller spårvagnssystem.
Analys av Sarah Dickins, BBC Wales nationalekonomi korrespondent
Detta är första gången som den walesiska regeringen har beviljat en järnvägsfranchise. Det hade inte makten att göra det när all-Wales franchise tilldelades Arriva.
Modellen kommer denna gång att fokusera på vilken nivå och kvalitet på tjänsterna som de olika anbudsgivarna kan erbjuda. De kommer att uppmanas att redogöra för vad de kommer att göra för att öka antalet passagerare som tar tåg och bussar över Wales.
Medan Metro för södra Wales kommer att vara en del av budet, kommer företagets förslag också att granskas i termer av hur de kommer att påverka alla geografiska platser.
Oavsett vilket företag som vinner kommer att ha ett tak satt på hur mycket vinst de kan göra. Vi vet ännu inte på vilken nivå som kommer att fastställas, men när det väl har gått över kommer den återstående vinsten att gå till det ansvariga organet - Transport för Wales - som ska återinvesteras i kollektivtrafiken i Wales. Det taket kommer att vara för förhandling.
Varje företag förväntas sätta ihop sin egen speciella blandning av tung järnväg, buss och eventuellt lätt järnväg. Den föredragna entreprenören förväntas vara känd i början av 2018.
Förhandlingar pågår med Network Rail om att överlåta ansvaret för banan på kärnlinjerna i Valleys till franchiseinnehavaren.
Den nuvarande franchiseperioden drivs av Arriva Trains Wales som får ett bidrag från den walesiska regeringen på mellan £ 150m och £1 80m per år.
Lagarna om järnvägsprivatisering hindrar den walesiska regeringen från att ge kontraktet till offentliga organ.
Den walesiska regeringen har utövat påtryckningar för fler befogenheter, men har sagt att dess krav har avslagits i Westminster.
Tjänstemän sade i tid TfW kan utvecklas för att ta på sig mer ansvar, liknande Transport för London.
Ekonomiminister Ken Skates sade nya tåg, snabbare resor och moderniserad teknik var prioriteringar för franchise.
"Vi har nu fyra högt kvalificerade, erfarna företag som går in i nästa konkurrensfas och jag är angelägen om att höra mer från dem om vad de kan erbjuda Wales och hur de kan leverera på våra planer för integrerad kollektivtrafik," sade han.
"Under de kommande 10 åren planerar jag betydande framsteg i leveransen av vårt kollektivtrafiknät inklusive elektrifiering av Swansea, Valleys och norra Wales linjer, en South och North Wales Metro och omfattande strukturella förbättringar som redan är på gång."
Fyra utländska företag konkurrerar om att bedriva tågtrafik i Wales och skapar tunnelbanan i södra Wales på 600 miljoner pund.