Theo tính toán của Ban Quản lý dự án Thăng Long, việc đầu tư mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn cần khoảng 2.000 tỷ đồng từ nguồn tăng thu ngân sách Trung ương năm 2022 và nguồn vốn hợp pháp khác, mở rộng từ 4 làn xe hạn chế với nền đường rộng 17 m hiện nay lên 6 làn xe hoàn chỉnh với nền đường rộng 32,25 m, đạt tốc độ thiết kế 100 - 120 km/giờ.
Trên tuyến cũng sẽ được đầu tư xây dựng một cầu mới bên cạnh các cầu cũ, gồm: Cầu Cao Bồ, cầu Cẩm, cầu vượt quốc lộ 10, cầu Quán Vinh. Ba cầu cũ đã được đầu tư quy mô hoàn thiện sẽ giữ nguyên, gồm: Cầu Trại Mễ, cầu Đông Thịnh, cầu Mai Sơn.
Dự án mở rộng cao tốc thành phần này cũng sẽ nâng cấp, cải tạo xây dựng hai nút giao liên thông: Khánh Hòa, Mai Sơn; nghiên cứu bổ sung nhánh kết nối giữa đường gom và đường cao tốc để tăng tính kết nối của dự án. Việc mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn lên 6 làn xe có thuận lợi là mặt bằng của dự án đã được giải phóng hoàn thiện trong giai đoạn đầu tư phân kỳ, đường gom cũng đã được đầu tư đảm bảo.
Thời gian thực hiện dự án nếu được cấp có thẩm quyền chấp thuậntừ năm 2024 - 2027. Cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn là 1 trong 11 dự án thành phần thuộc dự án đường bộ cao tốc Bắc Nam phía đông giai đoạn 2017-2020. Tuyến dài hơn 15 km đã được đầu tư, đưa vào khai thác từ tháng 2/2022.
