Theo báo cáo nghiên cứu khả thi dự án, tuyến đường cao tốc Đại lộ Thăng Long kéo dài đoạn nối từ QL21 đến cao tốc Hà Nội - Hòa Bình có chiều dài khoảng 6,7km: Điểm đầu (Km0+000 chỉ dự án đầu tương ứng với Km0+358,31 theo chỉ giới đường đỏ được phê duyệt), kết nối với nút giao hoa thị giữa Đại lộ Thăng Long với đường QL21, xã Thạch Hòa, huyện Thạch Thất;
Điểm cuối (Km6+700 của dự án đầu tư, tương ứng với Km7+058,31 theo chỉ giới đường đỏ được phê duyệt), kết nối với đường Hòa Lạc - Hòa Bình tại vị trí giao với đường làng Văn Hóa, xã Yên Bình, huyện Thạch Thất có mặt cắt ngang 120m - 180m.
Trên tuyến đường có 4 công trình cầu (vượt sông, đường ngang) và 5 công trình hầm (1 hầm chui trực thông dọc tuyến chính phục vụ thành phần đường cao tốc và 4 hầm chui dân sinh ngang đường).
Cao tốc Đại lộ Thăng Long hiện hữu.
Tổng mức đầu tư của dự án được tính toán là hơn 5.200 tỷ đồng từ nguồn vốn ngân sách thành phố và Trung ương hỗ trợ; thời gian triển khai trong giai đoạn 2022-2026.
Đánh giá về dự án, UBND thành phố Hà Nội cho biết, việc đầu tư tuyến đường cao tốc Đại lộ Thăng Long, đoạn nối từ QL21 đến cao tốc Hà Nội - Hòa Bình nhằm từng bước hoàn chỉnh toàn bộ đường cao tốc Hà Nội - Hòa Bình; phát triển mở rộng Thủ đô Hà Nội về phía Tây và Tây Nam, đáp ứng nhu cầu vận tải ngày một tăng nhanh giữa trung tâm Thủ đô với khu vực phía Tây và kết nối với tuyến đường Hồ Chí Minh.
Ngoài ra, tuyến đường sau khi hoàn thành sẽ cải thiện điều kiện khai thác, đảm bảo an toàn giao thông, kết nối với các tỉnh phía Tây và Tây Nam với Thủ đô; tạo điều kiện phát triển kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng; là động lực phát triển khu đô thị vệ tinh Hòa Lạc và chuỗi đô thị vệ tinh phía Tây.