Dự án xây dựng Quốc lộ 3 mới, đoạn Hà Nội - Thái Nguyên có tổng chiều dài 63,8km đi qua 3 tỉnh, thành phố là Hà Nội, Bắc Ninh và Thái Nguyên. Tổng mức đầu tư dự án là 10.004 tỷ đồng, trong đó phần vốn vay ODA Nhật Bản là 6.664 tỷ đồng và vốn đối ứng Việt Nam hơn 3.340 tỷ đồng. Đây là đoạn tuyến đường cao tốc sử dụng vốn vay ODA của Chính phủ Nhật Bản đầu tiên được hoàn thành và đưa vào khai thác tại Việt Nam.
Dự án xây dựng Quốc lộ 3 mới, đoạn Hà Nội - Thái Nguyên nằm trong vùng kinh tế trọng điểm phía Bắc, là một trong 7 tuyến đường cao tốc hướng tâm về Hà Nội, là đầu mối giao thông vận tải giữa vùng Thủ đô Hà Nội với các tỉnh vùng núi phía Bắc như: Thái Nguyên, Bắc Kạn, Cao Bằng. Khi hoàn thành, dự án sẽ góp phần giảm ách tắc, tai nạn giao thông, nâng cao tốc độ chạy xe, giảm thời gian, chi phí vận chuyển..., đẩy mạnh giao thương giữa Thủ đô Hà Nội và các vùng lân cận, đồng thời tạo điều kiện đẩy nhanh sự hình thành các khu đô thị vệ tinh cũng như các khu công nghiệp của thành phố, làm giảm áp lực nội đô về dân số, giao thông và môi trường Thủ đô.