Dự án có tổng chiều dài 42,55 km, gồm tuyến chính dài 36,51 km, đoạn nối với tỉnh Vĩnh Phúc và đường tỉnh 216 dài 6,04 km. Quy mô thiết kế từ 2 đến 8 làn xe, nền đường rộng 12 đến 47m (tùy đoạn) với 11 cầu và 25 hầm chui dân sinh.

Đây là tuyến đường được xây dựng mới, có điểm đầu là cầu Hòa Sơn, nối với huyện Hiệp Hòa, tỉnh Bắc Giang, điểm cuối là đường tỉnh 261 tại vị trí giáp ranh với tỉnh Vĩnh Phúc.

Tuyến đường chạy qua địa bàn 8 xã, phường của TP Phổ Yên với gần 2,5 nghìn hộ dân bị ảnh hưởng, trong đó có khoảng 300 hộ bị giải tỏa hoàn toàn. Đoạn qua các xã Cát Nê, Ký Phú và thị trấn Quân Chu, huyện Đại Từ với hơn 41 ha đất được thu hồi, 245 hộ bị ảnh hưởng.

Đây là dự án nhóm A, công trình trình giao thông cấp 1 sử dụng vốn đầu tư công. Dự án do Ban Quản lý dự án đầu tư xây dựng các công trình giao thông tỉnh Thái Nguyên làm chủ đầu tư. Thực hiện trong giai đoạn 2021- 2025.

Mục tiêu đầu tư dự án nhằm liên kết, kết nối các tỉnh Bắc Giang, Thái Nguyên, Vĩnh Phúc, Tuyên Quang thông qua 5 tuyến đường cao tốc Hà Nội - Bắc Giang, Hà Nội - Thái Nguyên, Hà Nội - Lào Cai, Vành đai 5 Thủ đô Hà Nội và Tuyên Quang - Phú Thọ.

Kết nối trực tiếp đường cao tốc Hà Nội - Thái Nguyên đến Khu du lịch Quốc gia hồ Núi Cốc và Khu du lịch Quốc gia ATK Định Hóa.