Theo đó, Ban QLDA Thăng Long đề xuất đầu tư mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn trên tuyến đường hiện hữu với tổng chiều dài khoảng 25,24 km, quy mô 6 làn xe, bề rộng nền đường 32,25 km, tốc độ thiết kế 100 - 120 km/h. Hướng tuyến cơ bản đi theo đường cũ đang khai thác.
Đồng thời, dự án còn đầu tư xây dựng 1 cầu mới bên cạnh cầu cũ (cầu Cao Bồ, cầu Cẩm, cầu vượt QL10, cầu Quán Vinh), giữ nguyên 3 cầu (cầu Trại Mễ, cầu Đông Thịnh, cầu Mai Sơn) đã đầu tư xây dựng quy mô hoàn thiện; nâng cấp, cải tạo xây dựng 2 nút giao liên thông gồm nút giao Khánh Hòa và nút giao Mai Sơn.
Dự án được đề xuất đầu tư mở rộng với tổng mức đầu tư khoảng 2.000 tỉ đồng, gồm: 1.560,4 tỉ đồng (chi phí xây dựng), 156 tỉ đồng (chi phí quản lý dự án, tư vấn đầu tư xây dựng và chi phí khác) và 283,5 tỉ đồng (chi phí dự phòng), sử dụng nguồn vốn tăng thu ngân sách Trung ương năm 2022 và nguồn vốn hợp pháp khác.
Thời gian thực hiện dự án từ năm 2024 đến 2027. Trong đó, năm 2023 - 2024: Thực hiện công tác chuẩn bị đầu tư; năm 2024 - 2027: Triển khai thực hiện toàn bộ dự án đến khi hoàn thành; năm 2027: Hoàn thành công trình đưa vào khai thác.
Cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn dài 25,24 km thuộc dự án thành phần cao tốc trên tuyến Bắc - Nam phía Đông giai đoạn 2017 - 2020 đã được đầu tư theo quy mô đường cao tốc 4 làn xe hạn chế, nền đường 17m, một số đoạn đường đầu cầu, công trình cầu và hầm chui dân sinh được mở rộng với nền đường 32,25m, giải phóng mặt bằng theo quy mô 6 làn xe.
Dự án đã được triển khai thi công theo Quyết định 1032 ngày 29/5/2019 của Bộ GTVT và hoàn thành đưa vào khai thác trong năm 2022.
Tuy nhiên, sau thời gian đưa vào khai thác, tuyến đường thường xuyên xảy ra ùn tắc. Ngày 14/8, Sở GTVT tỉnh Ninh Bình đã có văn bản đề xuất Bộ GTVT xem xét đầu tư xây dựng mở rộng tuyến cao tốc Bắc - Nam đoạn Cao Bồ - Mai Sơn từ 4 làn xe lên 6 làn xe hoàn chỉnh theo đúng quy hoạch đã được phê duyệt.