Theo thiết kế, cầu Vĩnh Tuy giai đoạn 2, dài hơn 3,5km, bắt đầu từ điểm giao với đường Trần Quang Khải -Nguyễn Khoái - Minh Khai (quận Hai Bà Trưng), kết thúc tại điểm giao với đường Long Biên - Thạch Bàn (quận Long Biên), mặt cầu rộng 19,25m. Tim cầu giai đoạn 2 nằm song song, cách tim cầu giai đoạn 1 là 21,25m (2 mép cầu cách nhau 2m) về phía hạ lưu sông Hồng. Phần cầu dẫn trên bãi sông phía Bắc dài gần 1,76km, có kết cấu nhịp nhập superT, khẩu độ mỗi nhịp là 40m, trụ cầu bê tông cốt thép trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1,5m.
Cầu vượt đê tả Hồng dài 220m có kết cấu dầm hộp 3 sườn bê tông cốt thép dự ứng lực đúc hẫng cân bằng, trụ cầu bê tông cốt thép trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1,5m. Cầu dẫn phía Long Biên dài 210m, có kết cấu nhịp dầm bản rỗng bằng bê tông cốt thép dự ứng lực, thi công liên tục bằng công nghệ đúc tại chỗ trên đà giáo; trụ, mố cầu bê tông cốt thép thi công trên móng cọc khoan nhồi đường kính 1m. Kết cấu mặt đường tuân thủ theo kết cấu đã thi công trong giai đoạn 1. Ban Quản lý dự án hạ tầng Tả ngạn được giao làm chủ đầu tư dự án, thời gian thực hiện dự kiến từ năm 2012 đến 2014.
Dự án cầu Vĩnh Tuy, giai đoạn 1 có tổng mức đầu tư gần 3.600 tỷ đồng, được khởi công xây dựng ngày 3/2/2005, hoàn thành đúng dịp kỷ niệm 1.000 năm Thăng Long - Hà Nội, góp phần đáng kể tháo gỡ ùn tắc tại cầu Chương Dương, thúc đẩy phát triển kinh tế, xã hội khu vực