Theo phê duyệt, dự án mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn dài hơn 15km sẽ được mở rộng từ 4 lên 6 làn xe. Điểm đầu kết nối với cao tốc Cầu Giẽ - Ninh Bình thuộc xã Yên Bằng, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định. Điểm cuối kết nối với dự án cao tốc Bắc Nam đoạn Mai Sơn - quốc lộ 45 thuộc xã Mai Sơn, huyện Yên Mô, tỉnh Ninh Bình.
Dự án được đầu tư theo tiêu chuẩn đường cao tốc, vận tốc thiết kế 100 - 120 km/h, mở rộng hai làn xe bên trái đường hiện hữu, bề rộng nền đường 15,25 m, đảm bảo 6 làn xe hoàn thiện. Trên tuyến cao tốc có 7 cầu, trong đó ba cầu đã được đầu tư 6 làn xe.
Dự kiến sau khi mở rộng, cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn sẽ giúp nâng cao khả năng kết nối giao thông giữa các hướng tuyến từ Hà Nội đi các tỉnh thành khu vực Bắc Trung Bộ.