Dự kiến hầm Trường Vinh cắt qua núi Mồng Gà có chiều dài 450 m, nối từ địa phận xã Trường Lâm, huyện Tĩnh Gia, Thanh Hóa và xã Quỳnh Vinh, thị xã Hoàng Mai, Nghệ An.
Trong khi đó hầm Thần Vũ sẽ có chiều dài 1.280 m, xuyên qua núi Thần Vũ để nối xã Diễn Phú, huyện Diễn Châu và xã Nghi Đồng, huyện Nghi Lộc (đều thuộc địa bàn tỉnh Nghệ An).
Chủ đầu tư còn bố trí hệ thống đường gom trên tuyến với tổng chiều dài khoảng 85,3 km. Trong đó, đoạn Nghi Sơn - Diễn Châu dài 43,8 km, đoạn Diễn Châu - Bãi Vọt dài 41,5 km.
