Dự án được đầu tư nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải ngày càng tăng cao (đặc biệt khi một số dự án du lịch, nghỉ dưỡng cao cấp tại Sa Pa hoàn thành), xóa các điểm đen, giảm nguy cơ tai nạn giao thông trên quốc lộ 4D, rút ngắn thời gian đi từ Lào Cai đến Sa Pa và ngược lại, đồng thời góp phần nâng cao hiệu quả khai thác của đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai cũng như thúc đẩy phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh quốc phòng của khu vực Tây Bắc nói chung và của tỉnh Lào Cai nói riêng; phù hợp với quy hoạch và định hướng phát triển giao thông vận tải.
Dự án đầu tư xây dựng gồm 2 tuyến, trong đó cải tạo tuyến quốc lộ 4D hiện hữu với chiều dài là 29,203 km (điểm đầu: Km108, thuộc thị trấn Sa Pa; điểm cuối: Km137 055 thuộc thành phố Lào Cai); xây dựng mới tỉnh lộ 155 nối Sa Pa với Lào Cai theo hướng song song với quốc lộ 4D với chiều dài là 25,003 km (điểm đầu: Km0 00 tương ứng với nút giao giữa đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai với quốc lộ 4D tại km135 940; điểm cuối km25 003,74, chập với quốc lộ 4D tại km105).
Dự án trên được đầu tư theo hình thức đối tác công tư (PPP), loại hợp đồng BOT.
Tổng mức đầu tư dự án là 2.510 tỷ đồng được chia làm 2 giai đoạn: Giai đoạn I (2018 - 2020); giai đoạn II (sau năm 2020).
Từ năm 2018 đến hết năm 2020, thực hiện công tác giải phóng mặt bằng, đầu tư xây dựng mới tỉnh lộ 155 đoạn từ nút giao với đường cao tốc Nội Bài - Lào Cai (tại km0 tương ứng với km135 900, quốc lộ 4D) đến km13 800, kết nối với quốc lộ 4D tại km117 550 (bao gồm cả cầu Móng Sến và đường dẫn hai đầu cầu) có chiều dài 13,8 km.
Sau năm 2020, Triển khai giai đoạn II của dự án; hoàn thành toàn tuyến theo quy mô dự án.