Quy hoạch đi qua địa giới hành chính của 14 quận, huyện, thành phố trực thuộc 3 tỉnh. Đoạn qua địa phận Hà Nội, từ đầu tuyến trên đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai tại xã Thanh Xuân, huyện Sóc Sơn, tuyến đi theo hướng Tây - Nam giao Quốc lộ 2 tại xã Thanh Xuân và tiếp tục qua khu đô thị mới Mê Linh, tuyến vượt sông Hồng tại vị trí cầu Hồng Hà (phía Bắc cầu tại xã Văn Khê, huyện Mê Linh; phía Nam cầu tại xã Hồng Hà, huyện Đan Phượng); tuyến giao Quốc lộ 32 tại xã Đức Thượng, huyện Hoài Đức và cắt Đại lộ Thăng Long tại khoảng Km12+600 và giao cắt Quốc lộ 6 tại phường Yên Nghĩa, quận Hà Đông, đi theo hướng Đông - Nam, giao Quốc lộ 1A và đường Pháp Vân - Cầu Giẽ tại xã Văn Bình, huyện Thường Tín, vượt sông Hồng bằng cầu Mễ Sở tại vị trí cách phà Mễ Sở khoảng 1km về phía thượng lưu. Chiều dài đoạn tuyến khoảng 56,5km.
Theo Quy hoạch, sẽ xây dựng 12 nút liên thông và xây dựng các cầu vượt trực thông, hầm chui để đảm bảo liên hệ giao thông hai bên đường được thuận lợi; đồng thời xây dựng hệ thống quản lý giao thông thông minh. Đường cao tốc vành đai có 6 làn xe cao tốc có đường song hành hai bên và các hành lang để bố trí cây xanh, các công trình hạ tầng kỹ thuật và dự trữ mở rộng. Tổng chiều rộng mặt cắt ngang 120m. Đây là đường cao tốc loại A, vận tốc thiết kế 100km/h.
Quy hoạch nêu rõ, về tiến độ xây dựng các dự án, trước năm 2017 hoàn thành 2 đoạn: Đoạn Quốc lộ 1B - cầu Mễ Sở, bao gồm cầu Mễ Sở (địa phận Hà Nội) và đoạn sau cầu Mễ Sở đến cao tốc Hà Nội - Hải Phòng (địa phận tỉnh Hưng Yên). 3 đoạn tuyến được hoàn thành trước năm 2018 gồm: đoạn Quốc lộ 32 - Quốc lộ 6; Quốc lộ 6 - Quốc lộ 1B và đoạn cao tốc Hà Nội - Lào Cai tới Quốc lộ 32 (địa phận Hà Nội).
