Công trình hầm trên tuyến gồm 2 ống hầm cách nhau dự kiến 30 m, chiều dài mỗi ống hầm 2,5 km, thiết kế theo tiêu chuẩn hầm xuyên núi của Nhật Bản. Phương án thiết kế hầm được áp dụng phương án ở hầm Hải Vân 1.
Trong đó, hầm chính sẽ đào, gia cố và hoàn thiện đầy đủ thiết bị để khai thác với 2 làn xe cơ giới lưu thông hai chiều, thiết kế vĩnh cửu, kết cấu vỏ hầm bằng bê tông cốt thép, chiều rộng hầm 9,75 m, đảm bảo yêu cầu về tĩnh không đứng là 5 m.
Hầm phụ sẽ đào thông và gia cố kết cấu chống đỡ tại những vị trí cần thiết, chiều rộng hầm 4,7 m và được liên kết với hầm chính qua hệ thống hầm thông ngang để phục vụ chức năng lánh nạn.
Bên cạnh đó, sẽ xây dựng 10 công trình cầu trên tuyến với tổng chiều dài 1.340 m.
Phía tỉnh Lai Châu gồm gồm cầu số 1 vượt suối (dài 53,2 m); cầu số 2 vượt suối (125,4 m); cầu số 3, vượt suối cạn (146,1 m); cầu số 4 vượt suối cạn (80,6 m); cầu số 5 vượt suối cạn (109,6 m); cầu số 6 vượt suối cạn (293,4 m).
Phía tỉnh Lào Cai gồm cầu số 7 vượt suối cạn (dài 40,2 m); cầu số 8 vượt suối cạn (87,7 m); cầu số 9 vượt suối cạn (321,15 m) và cầu số 10 vượt suối cạn (178,4 m).
Về tiến độ, dự kiến trong quý I dự án sẽ hoàn thành phê duyệt đầu tư, quý II phê duyệt thiết kế kỹ thuật và đền bù GPMB. Giai đoạn quý II/2024 - quý III/2028 khởi công dự án. Đến hết quý IV/2028 sẽ hoàn thành dự án. Thời gian thi công dự án dự kiến 4 năm.
Tổng mức đầu tư của Hầm Hoàng Liên là 3.300 tỷ đồng. Trong đó, chi phí mặt bằng là 119 tỷ đồng; chi phí xây dựng chiếm 2.207 tỷ đồng; chi phí thiết bị 340 tỷ đồng; chi phí tư vấn, quản lý dự án 204 tỷ đồng và chi phí dự phòng 430 tỷ đồng.
Theo đánh giá của chủ đầu tư, dự án Hầm Hoàng Liên khi hoàn thành sẽ tạo đột phá về hạ tầng giao thông huyết mạch kết nối tỉnh Lai Châu với các hành lang kinh tế Lạng Sơn - Hà Nội và tam giác tăng trưởng Lào Cai - Hà Nội - Hải Phòng.
Sau khi đưa vào sử dụng dự án Hầm Hoàng Liên kết nối thị xã Sa Pa với huyện Tam Đường tại đèo Hoàng Liên, thay thế được 22 km đường đèo nguy hiểm nhất trên tuyến Quốc lộ 4D, rút ngắn thời gian di chuyển qua đèo còn 11 phút khi lưu thông qua tuyến hầm.
Cùng với đó, thời gian di chuyển giữa TP Lai Châu với cao tốc Nội Bài - Lào Cai sẽ chỉ còn khoảng 2 tiếng và loại bỏ được các đoạn đường cong cua nguy hiểm, độ dốc cao qua đoạn đèo Hoàng Liên.
Trong tương lai, khi hoàn thành tuyến đường nối TP Lai Châu với cao tốc Nội Bài - Lào Cai thì đây vẫn là tuyến đường chính yếu ngắn nhất để kết nối các tỉnh Điện Biên, Lai Châu với Sa Pa, Lào Cai và cao tốc Nội Bài - Lào Cai.
Bên cạnh đó, Hầm Hoàng Liên sẽ tạo điều kiện thuận lợi để giao thương, phát triển dịch vụ logictics, kinh tế biên mậu, thu hút khách du lịch quốc tế đến Việt Nam thông qua cặp cửa khẩu quốc tế Ma Lù Thàng (Việt Nam) - Kim Thuỷ Hà (Trung Quốc).
Dự án sẽ tạo kết nối thuận lợi từ tỉnh Vân Nam (Trung Quốc) qua cặp cửa khẩu quốc tế đến cao tốc Nội Bài - Lào Cai, góp phần thúc đẩy phát triển thông thương giữa hai nước; đồng thời thúc đẩy dịch vụ logictics và xuất nhập khẩu giữa hai cửa khẩu quốc tế Hà Khẩu, tỉnh Lào Cai và Ma Lù Thàng tỉnh Lai Châu trong trường hợp Trung Quốc điều tiết hàng hóa thông qua chính sách biên mậu.
Ở khía cạnh du lịch, khi có tuyến hầm Hoàng Liên, lượng khách du lịch từ thị xã Sapa sang tỉnh Lai Châu và ngược lại dự báo ngày càng tăng, từ đó thu hút được các nhà đầu tư và từng bước định hướng phát triển du lịch cho địa phương.
Ngoài ra, tuyến đường sau khi hoàn thành sẽ nâng cao lưu lượng khách du lịch từ Sơn La, Điện Biên sang Lào Cai, góp phần đẩy mạnh thông thương hàng hóa từ Lào Cai đi các tỉnh Lai Châu, Điện Biện, Sơn La.