Theo phương án đề xuất, tuyến đường hầm kết nối Phú Thọ - Thái Nguyên - Hà Nội có chiều dài khoảng 18,7 km, trong đó dự kiến có 2 km đường hầm xuyên núi, kết nối sườn Tây sang sườn Đông Tam Đảo đi Hà Nội (từ xã Tam Đảo, tỉnh Phú Thọ đến xã Quân Chu, tỉnh Thái Nguyên gần khu vực hồ Núi Cốc).