Dự án xây dựng đường Vành đai 3 trên cao đoạn Mai Dịch - Nam Thăng Long, Hà Nội được khởi công vào tháng 5/2018 với tổng vốn đầu tư hơn 5.343 tỷ đồng. Tuyến đường này dài 5,3km và đã được thông xe vào năm 2020. Trong đó, phần cầu cạn dài 4,8km, bao gồm 4.426m kết cấu nhịp dầm Super-T và 404m kết cấu nhịp dầm thép. Công trình được hoàn thiện và đưa vào sử dụng đúng dịp kỷ niệm 1010 năm Thăng Long - Hà Nội và 66 năm Ngày Giải phóng Thủ đô (10-10-1954).
Dự án được thiết kế với quy mô 4 làn xe theo tiêu chuẩn cao tốc, mỗi làn rộng 3,75m. Ngoài ra, còn có 2 làn dừng khẩn cấp, 2 dải an toàn bên trong và dải phân cách giữa. Đoạn đường Vành đai 3 trên cao nối từ cầu vượt Mai Dịch đến cầu Thăng Long bắt đầu từ phía Bắc cầu vượt Mai Dịch và kết thúc tại phía Nam cầu Thăng Long.
Toàn bộ ô tô lưu thông tại đường cao tốc trên cao Vành đai 3, đoạn Mai Dịch - cầu Thăng Long được phép chạy với tốc độ tối đa 100km/h (tăng từ 80km/h), tốc độ tối thiểu là 60 km/h. Đây là tuyến đường trên cao đầu tiên ở Hà Nội cho phép các phương tiện lưu thông với tốc độ 100km/h. Theo đơn vị thi công, cầu của tuyến đường được xây vĩnh cửu, có khả năng chịu đựng tác động của động đất lên đến cấp 7.
Theo Sở Giao thông vận tải Hà Nội, trên đường vành đai 3 đoạn Mai Dịch - Nam Thăng Long, các phương tiện không được phép quay đầu xe và không được chạy vào làn dừng khẩn cấp, vì làn này chỉ dành cho các trường hợp cần dừng xe khẩn cấp. Tuyến đường có một điểm quay đầu xe, phục vụ cho công tác cứu nạn, cứu hỏa và điều tiết giao thông, nằm tại lý trình Km3+42,2 đến Km3+167,2.
Các phương tiện không được phép lưu thông trên cao tốc Vành đai 3 trên cao bao gồm: xe máy chuyên dùng, máy kéo, xe mô tô hai bánh, xe mô tô ba bánh, xe máy điện, xe thi công tự hành, xe bánh xích (trừ các phương tiện duy tu bảo dưỡng, kiểm tra, sửa chữa đường cao tốc), người đi bộ, xe thô sơ và súc vật.
Từ giữa tháng 11/2021, 4.500 tấm chống ồn đã được lắp đặt dọc tuyến đường này. Những tấm chống ồn được làm từ nhựa đặc chủng kết hợp với khung nhôm dày, có độ bền cao và khả năng chịu đựng thời tiết khắc nghiệt. Dọc tuyến đường, có một dải phân cách mềm được thiết kế để sử dụng trong các tình huống khẩn cấp, cho phép phương tiện quay đầu tại đoạn đối diện cổng Công viên Hòa Bình.
Theo quy hoạch chung của thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050, tuyến đường Vành đai 3, bao gồm đoạn từ nút giao Mai Dịch đến cầu Thăng Long có vai trò đặc biệt quan trọng. Dự án này được triển khai nhằm đáp ứng nhu cầu vận tải, thúc đẩy phát triển kinh tế - xã hội khu vực phía Tây Hà Nội, giảm thiểu ùn tắc và tai nạn giao thông, đồng thời hoàn thiện mạng lưới giao thông của thành phố, giúp kết nối các tỉnh phía Bắc với thủ đô Hà Nội và các tỉnh đồng bằng sông Hồng.