Quy hoạch đi qua địa giới hành chính của 14 quận, huyện, thành phố trực thuộc 3 tỉnh, thành phố. Đó là qua các huyện Sóc Sơn, Mê Linh, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thường Tín và quận Hà Đông (Thành phố Hà Nội); các huyện Văn Giang, Khoái Châu, Yên Mỹ, Văn Lâm (tỉnh Hưng Yên) và các huyện Thuận Thành, Quế Võ và thành phố Bắc Ninh (tỉnh Bắc Ninh).
Điểm đầu tuyến đường Vanh đai 4 tại lý trình khoảng Km3+695 trên đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai (địa phận xã Thanh Xuân, Sóc Sơn, Hà Nội); điểm cuối tuyến tại khoảng Km35+300 trên đường cao tốc Nội Bài - Hạ Long (địa phận xã Nam Sơn, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh).
Quy hoạch nêu rõ hướng tuyến chi tiết của từng đoạn như sau:
Đoạn qua địa phận thành phố Hà Nội: Từ đầu tuyến trên đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai tại xã Thanh Xuân, huyện Sóc Sơn, tuyến đi theo hướng Tây - Nam giao quốc lộ 2 tại xã Thanh Xuân và tiếp tục qua khu đô thị mới Mê Linh, tuyến vượt sông Hồng tại vị trí cầu Hồng Hà (phía Bắc cầu tại xã Văn Khê, huyện Mê Linh; phía Nam cầu tại xã Hồng Hà, huyện Đan Phượng); tuyến giao quốc lộ 32 tại xã Đức Thượng, huyện Hoài Đức và cắt Đại lộ Thăng Long tại khoảng Km12+600 và giao cắt quốc lộ 6 tại phường Yên Nghĩa, quận Hà Đông), đi theo hướng Đông - Nam, giao quốc lộ 1A và đường Pháp Vân - Cầu Giẽ tại xã Văn Bình, huyện Thường Tín, vượt sông Hồng bằng cầu Mễ Sở tại vị trí cách phà Mễ Sở khoảng 1 km về phía thượng lưu. Chiều dài đoạn tuyến khoảng 56,5 km.
Đoạn qua địa phận tỉnh Hưng Yên: Bắt đầu từ điểm giao quốc lộ 5 tại khoảng Km17+900 theo lý trình quốc lộ 5, vị trí cách trạm thu phí quốc lộ 5 khoảng 150m về phía Hà Nội và giao vượt qua đường sắt Hà Nội - Hải Phòng tại khoảng giữa thôn Ngọc và ga Lạc Đạo, xã Lạc Đạo, huyện Văn Lâm, sau đó rẽ phải đi theo hướng Đông sang địa phận huyện Thuận Thành, tỉnh Bắc Ninh. Chiều dài đoạn tuyến này khoảng 20,3 km.
Đoạn qua địa phận tỉnh Bắc Ninh: Từ vị trí giáp ranh giữa tỉnh Hưng Yên và Bắc Ninh, tuyến đường đi theo hướng Đông qua xã Nguyệt Đức, huyện Thuận Thành và rẽ trái giao quốc lộ 38 tại xã Trạm Lộ, huyện Thuận Thành, tiếp tục theo hướng Bắc vượt sông Đuống tại vị trí cách cầu Hồ (trên quốc lộ 38 hiện tại) khoảng 1 km về phía hạ lưu và kết nối với đường cao tốc Nội Bài - Hạ Long tại xã Nam Sơn, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh. Chiều dài đoạn tuyến khoảng 21,2 km.
Đường cao tốc vành đai có 6 làn xe
Theo Quy hoạch, sẽ xây dựng 12 nút liên thông và xây dựng các cầu vượt trực thông, hầm chui để đảm bảo liên hệ giao thông hai bên đường được thuận lợi; đồng thời xây dựng hệ thống quản lý giao thông thông minh.
Đường cao tốc vành đai có 6 làn xe cao tốc có đường song hành hai bên và các hành lang để bố trí cây xanh, các công trình hạ tầng kỹ thuật và dự trữ mở rộng. Tổng chiều rộng mặt cắt ngang 120m. Đây là đường cao tốc loại A, vận tốc thiết kế 100 km/h.
Đường song hành (đường gom) có quy mô 2 làn xe. Đường gom sẽ được đầu tư phân kỳ tùy theo nhu cầu vận tải, sự phát triển các đô thị hai bên và sẽ được tính toán, hoạch định cụ thể trong giai đoạn lập dự án đầu tư.
Diện tích chiếm dụng để xây dựng tuyến đường theo quy hoạch vào khoảng 1230 ha (Thành phố Hà Nội khoảng 740 ha, tỉnh Hưng Yên khoảng 230 ha và tỉnh Bắc Ninh khoảng 260 ha).
Hoàn thành tuyến đường trước năm 2020
Quy hoạch nêu rõ, về tiến độ xây dựng các dự án, trước năm 2017 hoàn thành 2 đoạn: Đoạn quốc lộ 1B - cầu Mễ Sở, bao gồm cầu Mễ Sở (địa phận Hà Nội) và đoạn sau cầu Mễ Sở đến cao tốc Hà Nội - Hải Phòng (địa phận tỉnh Hưng Yên).
3 đoạn tuyến được hoàn thành trước năm 2018 gồm: Đoạn quốc lộ 32 - quốc lộ 6; quốc lộ 6 - quốc lộ 1B và đoạn cao tốc Hà Nội - Lào Cai tới quốc lộ 32 (địa phận Hà Nội).
Trước năm 2020 hoàn thành nốt 2 đoạn là: Đoạn cao tốc Hà Nội - Hải Phòng đến Km 79 (hết địa phận tỉnh Hưng Yên) và đoạn Km 79 - quốc lộ 1A (địa phận tỉnh Bắc Ninh).