Dự án thành phần 2.1 có tổng mức đầu tư 5.388 tỷ đồng, tổng chiều dài tuyến khoảng 58,2 km. Tuyến có điểm đầu tại Km0+000 (tương ứng Km3+695 trên đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai), thuộc địa phận xã Tân Dân, huyện Sóc Sơn; điểm cuối tại Km58+200 ranh giới thành phố Hà Nội và tỉnh Hưng Yên, thuộc địa phận huyện Thường Tín. Tuyến đi qua địa bàn 7 quận, huyện, bao gồm: Hà Đông, Sóc Sơn, Mê Linh, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thường Tín.

Đường song hành (đường đô thị) được thiết kế bảo đảm tiêu chuẩn đường phố chính chủ yếu, vận tốc thiết kế 80km/h theo tiêu chuẩn đường trục chính đô thị. Riêng đoạn tuyến đi ngoài đê Song Phương (từ Km30+310 đến Km33+060) được thiết kế bảo đảm tiêu chuẩn đường phố chính thứ yếu, vận tốc thiết kế 60km/h theo tiêu chuẩn đường đô thị. Quy mô mặt cắt ngang (phân kỳ đầu tư giai đoạn 1) có nền đường rộng 12m.

Đối với các nút giao được dự kiến đầu tư xây dựng nút liên thông sẽ được đầu tư đồng bộ trong Dự án thành phần 3 (nút cao tốc Hà Nội - Lào Cai; trục Mê Linh; Đại lộ Thăng Long; quốc lộ 6; cao tốc Pháp Vân - Cầu Giẽ).

Phối cảnh đường Vành đai 4 - Vùng thủ đô.

Các nút giao với các đường ngang là đường tỉnh, quốc lộ, trục chính đô thị hiện hữu khác có lưu lượng lớn tổ chức giao thông phức tạp, trước mắt thiết kế nút giao bằng, điều khiển bằng đèn tín hiệu và vạch sơn, biển báo dẫn hướng đảm bảo an toàn trong quá trình vận hành, khai thác.

Đối với các tuyến đường khác sẽ được vuốt nối thuận lợi với đường song hành hai bên tuyến và tổ chức quay đầu trong khoảng 1km một vị trí đối với các đoạn tuyến tổ chức giao thông một chiều.

Theo đó, 4 gói thầu xây lắp đang được đấu thầu rộng rãi qua mạng, gồm: Gói thầu số 08/TP2-XL Xây dựng đoạn tuyến từ Km0+000 đến Km13+017,92 (994,649 tỷ đồng); Gói thầu số 09/TP2-XL Xây dựng đoạn tuyến từ Km13+017,92 đến Km36+166,74 (2.095,232 tỷ đồng); Gói thầu số 10/TP2-XL Xây dựng đoạn tuyến từ Km36+166,74 đến Km48+314,71 (1.126,811 tỷ đồng); Gói thầu số 11/TP2-XL Xây dựng đoạn tuyến từ Km48+314,71 đến Km58+200 (930,45 tỷ đồng). Dự kiến, các gói thầu sẽ lần lượt được mở thầu từ ngày 6 - 8/6/2023.