Ban Quản lý dự án Thăng Long kiến nghị đầu tư mở rộng đoạn tuyến nói trên để đạt tiêu chuẩn đường cao tốc, tốc độ thiết kế 100-120km/h; quy mô mặt cắt ngang 6 làn xe, rộng 32,25m. Hướng tuyến cơ bản đi theo hướng đường cũ đang khai thác.
Việc mở rộng cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn lên 6 làn xe có thuận lợi là mặt bằng của dự án đã được giải phóng cho quy mô hoàn thiện trong giai đoạn đầu tư phân kỳ, đường gom cũng đã được đầu tư đảm bảo quy mô hoàn thiện.
Điểm đầu của dự án nằm tại Km 259+100,15 (lý trình đường cao tốc Ninh Bình – Thanh Hóa), thuộc địa phận xã Yên Bằng, huyện Ý Yên, tỉnh Nam Định; và điểm cuối tuyến tại Km 274+345 (lý trình đường cao tốc Ninh Bình - Thanh Hóa), giao cắt với tuyến Quốc lộ 1 tránh TP. Ninh Bình, thuộc địa phận xã Mai Sơn, huyện Yên Mô, tỉnh Ninh Bình.
Ngoài ra, Dự án mở rộng đường bộ cao tốc Bắc - Nam phía Đông, đoạn Cao Bồ - Mai Sơn còn được đầu tư xây dựng một cầu mới bên cạnh cầu cũ: Cầu Cao Bồ, Cầu Cẩm, Cầu vượt Quốc lộ 10, Cầu Quán Vinh và 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.
Theo dự toán của Ban Quản lý dự án Thăng Long, tổng mức đầu tư rơi vào khoảng 2.000 tỷ đồng, sử dụng nguồn tăng thu ngân sách Trung ương năm 2022 và nguồn vốn hợp pháp khác. Do mặt bằng của dự án đã được giải phóng cho quy mô hoàn thiện trong giai đoạn phân kỳ, nên việc mở rộng đoạn Cao Bồ - Mai Sơn chỉ tốn kinh phí xây dựng, tư vấn, quản lý dự án và dự phòng.
Thời gian thực hiện dự án được dự kiến trong giai đoạn 2024-2027; trong đó, thực hiện công tác chuẩn bị đầu tư trong năm 2023-2024, triển khai thực hiện toàn bộ dự án đến khi hoàn thành năm 2024-2027, hoàn thành công trình và đưa vào khai thác sử dụng năm 2027.
Dự án thành phần đầu tư xây dựng đoạn Cao Bồ - Mai Sơn (dài khoảng 15,245km) thuộc Dự án đầu tư xây dựng một số đoạn đường bộ cao tốc Bắc - Nam phía Đông giai đoạn 2017 - 2020 đã được đầu tư theo quy mô đường cao tốc 4 làn xe hạn chế 17 m, một số đoạn đường đầu cầu, công trình cầu và hầm chui dân sinh được mở rộng với 32,25m, giải phóng mặt bằng theo quy mô quy hoạch 6 làn xe.
Đoạn cao tốc này được đưa vào khai thác từ tháng 2/2022. Sau khi đưa vào khai thác, đoạn cao tốc Cao Bồ - Mai Sơn 4 làn xe hạn chế (nền đường rộng 17m, mặt đường rộng 16m, không có làn dừng xe khẩn cấp liên tục) đã bộc lộ nhiều bất cập, thường xảy ra tắc nghẽn vào dịp lễ, tết, mùa du lịch.
