Dự án được nghiên cứu từ nhiều năm trước đây. Năm 2019, thành phố Hà Nội đã báo cáo Thủ tướng Chính phủ về sự cần thiết phải triển khai xây dựng cầu Vĩnh Tuy-giai đoạn 2 và đề nghị cho phép chuyển đổi hình thức dự án đầu tư từ hình thức hợp đồng BT sang đầu tư công bằng ngân sách của thành phố và được Thủ tướng phê duyệt chủ trương đầu tư tại Quyết định số 214/QĐ-TTg ngày 7/2/2020.
Cầu được thiết kế vĩnh cửu bằng bê-tông cốt thép và bê-tông cốt thép dự ứng lực với tải trọng thiết kế HL-93 theo TCVN11823-2017; tần suất lũ thiết kế: P=1%; cấp động đất cấp tám (VIII); tổng chiều dài cầu và đường dẫn khoảng 3.473 m, trong đó phần cầu bao gồm 61 nhịp với chiều dài 3.123 m, nhịp chính vượt dòng chủ dài 135 m.
Điểm đầu cầu giao với đường Nguyễn Khoái và đường Minh Khai, điểm cuối giao với đường Đàm Quang Trung, đường Cổ Linh; mặt cắt ngang cầu B=19,25 m (khai thác với 4 làn xe). Chiều cao tĩnh không H=11 m, khẩu độ thông thuyền B>85 m. Tổng mức đầu tư của dự án là 2.538 tỷ đồng, trong đó chi phí xây lắp là 2.035 tỷ đồng. Thời gian thực hiện dự án: từ năm 2020 đến năm 2023. Nguồn vốn từ ngân sách thành phố.
Dự án khởi công ngày 9/1/2021, hoàn thành đúng dịp chào mừng kỷ niệm 78 năm Ngày Quốc khánh (2/9/1945-2/9/2023) và chào mừng 69 năm Ngày Giải phóng Thủ đô, rút ngắn thời gian xây dựng khoảng bốn tháng so với kế hoạch. Công trình giúp tăng cường khả năng lưu thông giữa hai bên bờ sông Hồng, đáp ứng như cầu vận tải ngày một tăng nhanh giữa trung tâm Thủ đô với khu vực phía bắc và đông bắc thành phố. Đồng thời, cải thiện điều kiện khai thác, bảo đảm an toàn giao thông, tạo điều kiện phát triển kinh tế - xã hội, an ninh - quốc phòng, tạo tiền đề cho việc hình thành chuỗi đô thị phía bắc và từng bước hoàn thiện hệ thống hạ tầng giao thông của Thủ đô theo quy hoạch.
