Theo đồ án quy hoạch, trục Xa lộ Hà Nội có tổng diện tích khu vực nghiên cứu 577,08ha, chiều dài tuyến đường 14,83km đi qua 3 quận và 11 phường. Cụ thể, đi qua quận 2 (phường Thảo Điền, An Phú), Thủ Đức (phường Trường Thọ, Bình Thọ, Linh Trung, Linh Chiểu), quận 9 (phường Phước Long A, Phước Long B, Hiệp Phú, Tân Phú Long Bình).
Trục Xa lộ Hà Nội có điểm đầu tuyến là cầu Sài gòn thuộc địa bàn Quận 2 và cuối tuyến là Công viên Lịch sử - Văn hóa Dân tộc thuộc địa bàn Quận 9.
Trục đường Phạm Văn Đồng có tính chất là trục cửa ngỏ quan trọng về phía Đông - Bắc theo đồ án điều chỉnh quy hoạch chung xây dựng Thành phố Hồ Chí Minh được duyệt. Theo đó, dọc tuyến Xa lộ Hà Nội phát triển các khu đô thị mới với mức độ tập trung cao, đồng bộ về hạ tầng xã hội và hạ tầng kỹ thuật.
Toàn khu vực được chia thành 10 khu chức năng:
Khu Thảo Điền - Khu đa chức năng và chỉnh trang đô thị kết hợp khai thác yếu tố cảnh quan sông Sài Gòn: Khu vực trung tâm đa chức năng của khu vực dân cư Thảo Điền, tổ chức quảng trường nhà ga và các dịch vụ hỗ trợ nhà ga Metro, bảo tần và chỉnh trang khu biệt thự Thảo Điền;
Khu An Phú - Khu đa chức năng xây dựng mới và chỉnh trang khu hiện hữu: Khu trung tâm đa chức năng hiện đại, có quy mô lớn và đồng bộ của khu vực Bắc xa lộ Hà Nội phường Thảo Điền;
Khu Rạch Chiếc - Khu đa chức năng và ở cao tầng kết hợp chỉnh trang khu ở hiện hữu: Khu vực nút giao thông quan trọng của thành phố, tổ chức đô thị theo hướng bảo đảm ít ảnh hưởng tới hoạt động giao thông cũng như bảo đảm môi trường sống tốt hơn cho người dân trong khu vực;
Khu Phước Long - Khu đô thị tái thiết đa chức năng: Khu vực đô thị tái thiết trên cơ sở di dời kho tàng, bến bãi, các nhà máy xí nghiệp, gây ô nhiễm môi trường. Định hướng xây dựng khu đô thị mới hiện đại với nhiều chức năng như: khu trung tâm kinh tế tầm cở của thành phố với các chức năng kinh tế dịch vụ, khoa học công nghệ, truyền thông, khu vui chơi giải trí đạt tiêu chuẩn quốc tế; khu dân cư với nhiều loại hình nhà ở đa dạng; các công trình công cộng; các khu cây xanh, cảnh quan, đường đi bộ công cộng dọc bờ sông, quảng trường… theo hướng đô thị thân thiện với môi trường. Phát triển với độ nén cao, tạo được điểm nhấn quan trọng về cảnh quan và kiến trúc đô thị toàn tuyến;
Khu Bình Thái - Khu đa chức năng, ở cao tầng và chỉnh trang khu dân cư hiện hữu: Khu vực nút giao thông quan trọng (đường Xa lộ Hà Nội và đường Vành đai số 1). Tổ chức đô thị theo hướng bảo đảm ít ảnh hưởng tới hoạt động giao thông;
Khu Thủ Đức - Khu vực đặc trưng cảnh quan biệt thự Làng Đại học Thủ Đức, tập trung phát triển nhà ở, chỉnh trang khu hiện hữu: Khu vực trung tâm của quận Thủ Đức với nhiều khu dân cư được xây dựng đồng bộ về kết cấu hạ tầng kết hợp bảo tồn hình thái khu biệt thự Làng Đại học, tăng cường một số chức năng thương mại dịch vụ xung quanh nhà ga Metro;
Khu Thủ Đức - Khu đa chức năng, xây dựng mới và chỉnh trang khu hiện hữu: Khu vực phường Tân Phú là khu đô thị hiện hữu, kết hợp với một số khu đa chức năng xây dựng mới với tầng cao trung bình;
Khu Công nghệ cao: Khu đô thị hiện đại, đa chức năng tập trung xung quanh khu vực nhà ga Metro với kết cấu hạ tầng đô thị đồng bộ, kết nối và hỗ trợ cho sự phát triển của Khu công nghệ cao;
Khu Suối Tiên: Khu vực có các trung tâm chuyên ngành quan trọng như Đại học Quốc gia, khu du lịch Suối Tiên với số lượng người tiếp cận rất lớn. Tổ chức tốt không gian quảng trường ga tạo điều kiện cho người sử dụng an toàn và thuận tiện, không ảnh hưởng đến giao thông trên tuyến đường chính;
Khu Bến xe Miền Đông: Khu đầu mối giao thông quan trọng về phía đông và đông bắc thành phố. Lượng người và phương tiện ra vào rất lớn. Khu vực này sẽ hình thành cụm phát triển đa chức năng đáp ứng hoạt động thương mại dịch vụ của hành khách và cư dân trong khu vực.
Theo CafeLand