Cao tốc Tuyên Quang - Hà Giang (giai đoạn 2) sẽ có điểm đầu từ điểm cuối của cao tốc Tuyên Quang - Hà Giang (giai đoạn 1), đi theo sườn núi bờ trái sông Lô đến km 52, có nút giao liên thông kết nối khu vực trung tâm huyện Vị Xuyên và khu công nghiệp Bình Vàng. Từ đây, tuyến đi dọc theo sườn núi bờ trái sông Lô đến gần thành phố Hà Giang, thiết kế nút giao liên thông kết nối cửa ngõ phía nam, đi qua thành phố Hà Giang và kết thúc tại cửa khẩu quốc tế Thanh Thủy.
UBND tỉnh Hà Giang dự kiến thực hiện bồi thường, giải phóng mặt bằng tái định cư trong năm 2025-2026 và từ năm 2026 thi công xây dựng, khai thác vào năm 2028.
Hai tỉnh Tuyên Quang và Hà Giang đang xây dựng cao tốc Tuyên Quang - Hà Giang giai đoạn 1 dài gần 105 km, trong đó 77 km thuộc Tuyên Quang và 27,5 km thuộc Hà Giang. Việc nối thông toàn tuyến cao tốc Phú Thọ - Tuyên Quang - Hà Giang đến cửa khẩu quốc tế Thanh Thủy sẽ góp phần giảm tải quốc lộ 2, phục vụ người dân đi lại, lưu thông hàng hóa và phát triển du lịch trong khu vực.
Tuyến đường này sẽ kết nối với các tuyến Tuyên Quang - Phú Thọ, Nội Bài - Lào Cai tạo hành lang phát triển kinh tế, kết nối Hà Giang với vùng đồng bằng sông Hồng, thủ đô Hà Nội và cảng biển phía Bắc.