Dự án mở rộng đoạn cao tốc đoạn TP HCM - Long Thành đi qua địa phận Thủ Đức, TP HCM và Long Thành, tỉnh Đồng Nai, trong đó, điểm đầu nghiên cứu tại km4+000 thuộc Thủ Đức, TP HCM (điểm đầu của nút giao Vành đai 2). Điểm cuối nghiên cứu tại km25+920 thuộc Long Thành, tỉnh Đồng Nai (điểm cuối của nút giao cao tốc Biên Hòa - Vũng Tàu). Tổng chiều dài tuyến đề xuất mở rộng khoảng 22 km. Về hướng tuyến, tim tuyến cơ bản bám theo đường cũ, mở rộng sang hai bên, riêng đoạn qua cầu Long Thành được mở rộng về phía bên phải tuyến hiện hữu (phía hạ lưu).
Về quy mô dự án, quy mô mở rộng làn xe đoạn km4+000 - km8+844,5 sẽ mở rộng lên 8 làn xe; đoạn km8+844,5 - km25+920 sẽ mở rộng lên 10 làn xe. Cùng với đó, cầu Long Thành sẽ xây thêm một đơn nguyên cầu mới 5 làn xe hoàn chỉnh. Cầu hiện hữu giữ nguyên với quy mô 4 làn xe. Chiều rộng nền đường sau mở rộng đối với đoạn 8 làn xe là khoảng 42 m (2 đơn nguyên mỗi bên 20 m, cách nhau 2 m); đoạn 10 làn xe khoảng 49,5 m (2 đơn nguyên mỗi bên 23,75 m, cách nhau 2 m).
