Theo Tờ trình của Ban QLDA2, cao tốc TPHCM - Mộc Bài dài 53,5km, bắt đầu từ đường Vành đai 3, TPHCM đi song song với đường sắt Tân Chánh Hiệp - Trảng Bàng, cắt qua đường vành đai 4, đường Hồ Chí Minh (đoạn Chơn Thành - Đức Hòa), ĐT782, ĐT787, QL22B.
Đến khu vực ga đường sắt Gò Dầu (khoảng Km 40+000), cao tốc sẽ chuyển hướng rẽ phải, cắt qua QL22B, rồi tiếp tục rẽ phải, vượt sông Vàm Cỏ giao cắt với QL22 tại Km 52+850, kết nối với cửa khẩu Mộc Bài.
Cao tốc TPHCM - Mộc Bài dự kiến được đầu tư thành hai phân đoạn: TPHCM - Trảng Bàng (dài 33km) và Trảng Bàng - Mộc Bài (dài 20,5km). Trong đó, đoạn TPHCM - Trảng Bàng có quy mô đường cao tốc 4 làn xe hoàn chỉnh, nền đường rộng 27m, tốc độ thiết kế 120km/h. Đoạn Trảng Bàng - Mộc Bài được đề xuất đầu tư với mô hình đường cao tốc hạn chế 4 làn xe, nền đường rộng 17m, tốc độ thiết kế 80km/h.
Tuy nhiên, để thuận tiện cho công tác quản lý đất đai của địa phương và phục vụ cho việc mở rộng sau này, công tác giải phóng mặt bằng của dự án sẽ được thực hiện toàn bộ trong giai đoạn 1 với quy mô quy hoạch (6 - 8 làn xe), tổng diện tích đất chiếm dụng để xây dựng dự án khoảng 342ha.
Theo tính toán sơ bộ, dự án có tổng mức đầu tư giai đoạn I khoảng 10.456 tỷ đồng. Trong đó, phần vốn tham gia của nhà đầu tư PPP là 5.413 tỷ đồng; phần vốn góp của Nhà nước là 5.043 tỷ đồng gồm vốn ngân sách trong nước phục vụ giải phóng mặt bằng, chi phí quản lý dự án 2.177 tỷ đồng và vốn vay ODA phục vụ xây lắp và tư vấn là 2.866 tỷ đồng.
Dự kiến báo cáo nghiên cứu khả thi sẽ được thẩm định phê duyệt vào năm 2020, thi công và hoàn thành vào năm 2025.