Năm 2007, Bộ trưởng Giao thông Vận tải đã ký quyết định đầu tư dự án cao tốc Nội Bài - Lào Cai là một trong những dự án đường cao tốc có quy mô lớn nhất tại Việt Nam; với chiều dài 245km đi qua TP Hà Nội và các tỉnh Vĩnh Phúc, Phú Thọ, Yên Bái và Lào Cai.
Tuyến đường được xây dựng theo tiêu chuẩn cao tốc loại A, đoạn từ Hà Nội đi Yên Bái có 4 làn xe, 2 làn dừng khẩn cấp với tốc độ tối đa 100 km/h và đoạn từ Yên Bái đi Lào Cai với 2 làn xe, 2 làn dừng khẩn cấp, tốc độ tối đa 80 km/h. Dự án có tổng mức đầu tư 1.464 triệu USD từ vốn vay ưu đãi ADF (ADB), vay thông thường OCR (ADB) và vốn đối ứng trong nước cho giải phóng mặt bằng.
Dự án cao tốc Nội Bài - Lào Cai cũng lập kỷ lục về khối lượng mặt bằng phải giải tỏa là hơn 2.062 ha, hơn 25.000 hộ dân bị ảnh hưởng. Các tỉnh phải xây dựng 99 khu tái định cư và xây mới hàng trăm công trình công cộng để phục vụ người dân. Các nhà thầu trong và ngoài nước đã xây dựng 120 cầu lớn nhỏ.
Ngoài 245 km đường cao tốc loại A, trên tuyến còn được xây dựng mới 2 cầu lớn là cầu Sông Hồng và Sông Lô dài 1,6 km rộng 16,5m, một hầm xuyên núi dài 530m, hầm chui giao quốc lộ 2 dài 645m, xây dựng 460 cống hộp và cống phục vụ dân sinh. Các đơn vị thi công đã đào đắp khối lượng đất đá lên đến 100 triệu m3; sử dụng gần 1,8 triệu tấn bê tông nhựa các loại; trên 600.000 m3 bê tông...
Sau 7 năm triển khai, tuyến đường đã hoàn thành giúp các phương tiện giảm thời gian lưu thông từ Hà Nội đi Lào Cai xuống còn 3,5 giờ so với 7 giờ như trước đây và rút ngắn thời gian đến các tỉnh Tuyên Quang, Hà Giang hơn một nửa so với lưu thông trên tuyến đường hiện hữu. Ngoài ra, các phương tiện tham gia giao thông trên đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai sẽ tiết kiệm tối đa nhiên liệu an toàn cao bởi đường cao tốc không có các điểm giao cắt với các đường khác. Cùng với đó, là giảm áp lực giao thông cho các tuyến lân cận như quốc lộ 2, quốc lộ 2B, quốc lộ 32C, quốc lộ 4E và quốc lộ 70.
Tuyến cao tốc được kết nối với các tuyến đường khác, tỉnh lỵ, khu công nghiệp bằng nhiều nút giao khác mức, như giao với quốc lộ 2B, quốc lộ 2, quốc lộ 32, đường Mậu A - An Thịnh, quốc lộ 279, quốc lộ 4E, đường Bình Minh (Lào Cai)... để phương tiện dễ dàng ra vào đường cao tốc. Tại các nút giao này cũng bố trí các trạm thu phí để thu phí hoàn vốn cho đường.
Dự án xây dựng đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai đặc biệt quan trọng thuộc hành lang đường bộ Côn Minh - Hải Phòng, nằm trong chương trình hợp tác giữa 6 nước thuộc tiểu vùng sông Mê Kông, đó là Việt Nam, Lào, Campuchia, Thái Lan, Myanma và Trung Quốc.
