Theo Tổng cục Đường bộ Việt Nam, bản mặt cầu chịu kéo theo cả hai phương dọc và ngang. Sau 20 năm khai thác, cùng với sự gia tăng của xe quá tải, phần mặt đường trên cầu đã xuất hiện các hư hỏng, tuy nhiên với các đặc điểm kết cấu phức tạp (cầu dàn thép 2 tầng cho đường bộ và đường sắt, chiều dài nhịp lớn, giàn thép liên tục trên nhiều nhịp) mặt cầu phải chịu đồng thời các tải trọng xe chạy trên mặt cầu, tải trọng tầu hỏa, lực gió ngang, nhiệt độ… tạo ra các dao động, chuyển vị, biến dạng, ứng suất lớn đồng thời theo các phương khác nhau. Do vậy từ năm 2009 đến nay, sau nhiều lần sửa chữa tuy nhiên các hư hỏng trên mặt đường trong phạm vi giàn thép vẫn chưa được khắc phục triệt để (hiện tại nhiều cầu có kết cấu tương tự trên thế giới cũng phải sửa chữa nhiều lần).
Do đó, sẽ phải cào bóc sạch lớp bêtông nhựa hiện hữu, làm sạch bản mặt thép. Tiếp theo, sẽ hàn các đinh neo thép vào bản mặt thép. Đồng thời, lắp đặt lưới thép và đổ một lớp bêtông siêu tính năng (UHPC) cường độ cao. Sau đó, sẽ thi công lớp phủ gốc nhựa tạo nhám và êm thuận. Cùng đó, trong lần sửa chữa lần này cũng sẽ sửa các khe co giãn đã hư hỏng, khi sửa xong sẽ tăng cường lực có tuổi thọ công trình 10 năm.
Đây là công nghệ đã được Tổng cục Đường bộ Việt Nam nghiên cứu 2 năm nay trên cơ sở tiếp thu công nghệ của nhiều nước đã áp dụng với tổng mức đầu tư của dự án khoảng 270 tỉ đồng. Hiện Tổng cục đang chuẩn bị hồ sơ mời thầu, đấu thầu chọn nhà thầu trong tháng 6, bắt đầu khởi công thi công trong tháng 7, hoàn thành sửa chữa cầu vào cuối năm nay. Tổng cục Đường bộ sẽ thuê chuyên gia nước ngoài cùng chuyên gia của Việt Nam giám sát quá trình thi công
Việc thi công sẽ được thực hiện 24/24 giờ với mái che trong suốt quá tình thi công. Cùng đó, sẽ phân luồng giao thông và cấm hoàn toàn phương tiện qua cầu.
Nhằm đưa đưa vào khai thác đồng bộ với dự án đường vành đai 3 đoạn Mai Dịch-Nam Thăng Long, trước đó, Bộ Giao thông Vận tải đã yêu cầu Tổng cục Đường bộ Việt Nam chỉ đạo các cơ quan, đơn vị lựa chọn giải pháp kỹ thuật, công nghệ; lập, thẩm định, phê duyệt dự án theo thẩm quyền; xây dựng kế hoạch chi tiết, tổ chức triển khai dự án dự án sửa chữa mặt cầu Thăng Long đảm bảo yêu cầu về tiến độ, chất lượng và tuổi thọ công trình.