Quy hoạch đi qua địa giới hành chính của 14 quận, huyện, thành phố trực thuộc 3 tỉnh, thành phố, gồm: Sóc Sơn, Mê Linh, Đan Phượng, Hoài Đức, Thanh Oai, Thường Tín, Hà Đông (TP Hà Nội); Văn Giang, Khoái Châu, Yên Mỹ, Văn Lâm (tỉnh Hưng Yên) và Thuận Thành, Quế Võ, thành phố Bắc Ninh (tỉnh Bắc Ninh).
Điểm đầu tuyến đường vành đai 4 tại km3+695 trên đường cao tốc Nội Bài – Lào Cai (xã Thanh Xuân, Sóc Sơn, Hà Nội), điểm cuối tuyến tại khoảng km35+300 trên đường cao tốc Nội Bài – Hạ Long (xã Nam Sơn, thành phố Bắc Ninh, tỉnh Bắc Ninh).
Quy hoạch nêu rõ: Đoạn qua TP. Hà Nội dài khoảng 56,5 km; đoạn qua tỉnh Hưng Yên dài khoảng 20,3 km và đoạn qua địa phận tỉnh Bắc Ninh dài khoảng 21,2 km.
Theo tiến độ, trước năm 2017, quy hoạch sẽ hoàn thành 2 đoạn: Đoạn quốc lộ 1B – cầu Mễ Sở, bao gồm cầu Mễ Sở (địa phận Hà Nội) và đoạn sau cầu Mễ Sở đến cao tốc Hà Nội – Hải Phòng (địa phận tỉnh Hưng Yên).
Ba đoạn tuyến sẽ được hoàn thành trước năm 2018 gồm: Đoạn quốc lộ 32 – quốc lộ 6; quốc lộ 6 – quốc lộ 1B và đoạn cao tốc Hà Nội – Lào Cai tới quốc lộ 32 (địa phận Hà Nội).
Trước năm 2020 hoàn thành nốt 2 đoạn: Cao tốc Hà Nội – Hải Phòng đến km 79 (hết địa phận tỉnh Hưng Yên) và km 79 – quốc lộ 1A (địa phận tỉnh Bắc Ninh).