Theo thiết kế hầm đường bộ xuyên núi đèo Cả dài 5,7km, gồm hai đường hầm dành cho mỗi chiều ngược xuôi Nam Bắc, mỗi hầm 4 làn xe, đường dẫn vào hầm dài 5,9km, khởi đầu từ thôn Hảo Sơn, xã Hòa Xuân Nam, huyện Đông Hòa, tỉnh Phú Yên và kết thúc ở phía Nam đèo Cổ Mã, xã Vạn Thọ, huyện Vạn Ninh, tỉnh Khánh Hòa.
Hầm đường bộ đèo Cả sẽ rút ngắn chiều dài so với đường đèo 8,8km, dự báo đến năm 2025 sẽ đáp ứng mật độ phương tiện tham gia giao thông mỗi ngày đêm 17.000 xe ôtô