Det kommer att lägga till ytterligare 600 platser om dagen för pendlare till den walesiska huvudstaden efter att ha kritiserats för att ha alltför många överfulla tåg.
Arriva Trains Wales, vars Wales och Borders franchise löper ut 2018, lägger till morgondagstjänster till Cardiff Central från Barry och Radyr.
Ekonomiministern Ken Skates hade sagt att Arrivas vinster var "för höga".
Wales och Borders franchise - som är en av Storbritanniens mest subventionerade, som får mellan 110 miljoner pund och 160 miljoner pund per år - har ökat passagerarantalet från 18 miljoner 2003 till 30 miljoner.
Omkring 265.000 människor använder Cardiffs centralstation varje vecka och en BBC-undersökning visade att överbeläggningen i Cardiffs stationer under morgon pendlandet ökade snabbare än någon annanstans utanför London, enligt siffror från transportdepartementet.
Arriva Trains Wales planerar nu att lägga till extra kapacitet och extra tåg från och med den 22 maj på följande rutter
Arriva Trains Wales sade att de extra tågen var "underställt järnvägsgodkännande processer" men tillkännagivandet är "en av de mest betydande förbättringarna för dalar pendlare i ett decennium".
Det sade att genomföra förändringarna, operatören "måste ta bort en mitt på dagen Penarth service och en mitt på dagen Barry service".
Företaget har ett avtal om nolltillväxt - vilket innebär att det har samma antal tåg som det hade när det startade sin verksamhet 2003.
Det sade tilläggen "skulle inte ha varit möjligt" utan Network Rail nyligen Â £ 300m signal uppgraderingsarbeten och ny plattform åtta vid Cardiff Central.
"Detta är en av de mest betydande förbättringarna för dalar pendlare i ett decennium, sedan öppnandet av Ebbw Vale linje," säger Arriva Trains Wales kundservice chef, Lynne Milligan.
"Med bara ett begränsat antal tåg i vår flotta och bristen på tillgänglighet i Storbritannien har vi varit tvungna att arbeta hårt för att få ut det mesta av vad vi har."
Network Rail Wales sade "fler tåg reser genom Cardiff än någonsin tidigare".
Kapacitet på de "upptagna tågen" till Cardiff kommer att fördubblas från maj, Arriva Trains Wales har sagt.