Cầu Vĩnh Thịnh rộng 16,5 m cho bốn làn xe, tốc độ thiết kế 80 km/giờ, gồm chín nhịp có kết cấu dầm hộp liên tục bê-tông cốt thép dự ứng lực, đúc hẫng cân bằng. Với chiều dài 5.487 m, trong đó phần cầu dài 4.480 m, đường dẫn hơn 1.000 m, Vĩnh Thịnh là cây cầu bê-tông cốt thép và bê-tông cốt thép dự ứng lực dài nhất vượt sông Hồng được xây dựng. Công trình được đầu tư 137 triệu USD bằng vốn ODA của Hàn Quốc (thông qua Quỹ EDCF 100 triệu USD và vốn đối ứng của Việt Nam 37 triệu USD). Nhà thầu trúng thầu thi công xây lắp là GS E & C (Hàn Quốc); tư vấn giám sát là Liên danh Yooshin - Sambo (Hàn Quốc).
Tại lễ khởi công, Phó Thủ tướng Vũ Văn Ninh chỉ đạo Bộ Giao thông vận tải, Ban quản lý dự án và các nhà thầu triển khai đạt tiến độ và chất lượng công trình tốt nhất, vì đây là cây cầu có vị trí đặc biệt quan trọng cho sự phát triển của Thủ đô và các tỉnh, thành phố khu vực phía bắc.