Theo thiết kế, đoạn đường bộ cao tốc Diễn Châu - Bãi Vọt có điểm đầu (Km430+000), phía sau nút giao với QL7 (điểm cuối Dự án thành phần đầu tư đoạn Nghi Sơn - Diễn Châu), thuộc địa phận xã Diễn Cát, huyện Diễn Châu, tỉnh Nghệ An. Điểm cuối (Km479+300), phía sau nút giao với QL8A, thuộc địa phận xã Đức Thịnh, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh.
Hướng tuyến đi về phía Nam từ điểm giao với Quốc lộ 7tuyến đi cắt qua khu kinh tế Đông Nam (giao cắt với đường N1 và đường N2 của khu kinh tế Đông Nam), tuyến đi men theo khe núi Chạch vượt qua hồ Xuân Dương sau đó vượt qua núi Thần Vũ, tuyến tiếp tục đi về hướng Nam và cắt ngang qua khu công nghiệp Nam Cấm (giao cắt với đường N5 thuộc khu công nghiệp Nam Cấm và QL48E - ĐT534 cũ).
Tuyến tiếp tục đi chếch hướng Đông Nam, phía Đông núi Lưỡi Hái, giao với tuyến QL46B tránh thành phố Vinh; tiếp tục đi song song cách tuyến tránh Vinh khoảng 50m, giao với QL46 hiện tại, cắt qua ĐT542C và vượt qua đường sắt Thống Nhất tại địa phận xã Hưng Thắng, huyện Hưng Nguyên, lách qua khe giữa núi Thành và núi Non, vượt để tả sông Lam và QL46C tại vị trí giáp ranh hai xã Hưng Phú, Hưng Khánh, vượt đê hữu sông Lam và giao cắt với QL8A, điểm cuối nằm sau nút giao QL8A, thuộc xã Đức Thịnh, huyện Đức Thọ, tỉnh Hà Tĩnh.
Đường được xây dựng là đường cao tốc cấp 100 - 120, vận tốc thiết kế 100-120 km/h (theo Tiêu chuẩn đường ô tô cao tốc TCVN), riêng đoạn qua núi Thần Vũ vận tốc thiết kế 80km/h; giai đoạn phân kỳ đầu tư với quy mô 04 làn xe, vận tốc 80km/h. Giai đoạn hoàn chỉnh đường bộ cao tốc quy mô 6 làn xe, bề rộng nền đường 32,25m. Chiều dài tuyến khoảng 49,3 km.
Trên đoạn Diễn Châu - Bãi Vọt có tổng số xây dựng 32 công trình cầu, trong đó: 23 cầu trên đường cao tốc, 5 cầu vượt trực thông với đường cao tốc, 3 cầu trong nút giao liên thông và 01 cầu trên đường gom.
Cầu trên đường cao tốc có bề rộng cầu 17,5m; gồm 4 làn xe cao tốc; Cầu vượt trực thông có bề rộng cầu phù hợp với quy mô đường hiện tại. Cầu trong nút giao liên thông, cầu trên nhánh giao có bề rộng cầu phù hợp với quy mô các nhánh kết nối; Cầu trên đường gom có bề rộng cầu phù hợp với quy mô đường gom.
Cầu trên tuyến chính có bề rộng 17,5 km, gồm: Cầu Nhân Lý, cầu Xuân Dương 1, cầu Xuân Dương 2, cầu Thần Vũ 1, cầu Thần Vũ 2, cầu Ồ Ồ, cầu Nghi Phương 1, cầu Nghi Phương 2, cầu Nghi Mỹ, cầu Hưng Trung 1, cầu Hưng Trung 2, cầu Hưng Yên Nam, cầu Hưng Tây, cầu Vượt QL46B, cầu vượt QL46 cũ, cầu Sông Đào 1, cầu Sông Đào 2, cầu Sông Đào 3, cầu Đường tỉnh 542C, cầu Hưng Thắng 1, cầu Hưng Thắng 2, cầu Hưng Thắng 3, cầu Hưng Đức.
Cầu trên đường gom: Cầu Nhân Lý bề rộng 15m.
Tổng vốn đầu tư của dự án đường bộ cao tốc Diễn Châu - Bãi Vọt khoảng 13.338 tỷ đồng. Chi phí bồi thường, hỗ trợ, tái định cư khoảng 1.303 tỷ đồng (đoạn qua địa phận tỉnh Nghệ An: 1.100 tỷ đồng, đoạn qua địa phận tỉnh Hà Tĩnh: 201 tỷ đồng).