项目路经郴州市苏仙区、北湖区、桂阳县、嘉禾县和永州市蓝山县，连接国家级自然保护区莽山，千年古郡桂阳，全国100个重点产煤县之一的嘉禾和国家级森林公园九嶷山。地形、地质复杂，工程量和施工难度都很大。

该路段起点位于郴州市苏仙区坳上镇水龙村附近(接厦蓉线汝城至郴州高速公路终点)，桩号为:K112+508.581，在水龙村上跨京珠国道主干线G030耒宜段设水龙枢纽互通。跨水龙河后进虎形隧道，下穿京广铁路设郴州南互通，跨在建武广客运专线，经秀风圩南至张家坳设郴州西互通。在雷保坳进下芒头岭、顶上、到窝里隧道群，出洞后四清水库上游转向西南，经郴州市保和乡南，在杨家岭附近进武阳、牛轭岭隧道，走上陈家村北转南至车田跨河后向西与省道S214相交设桂阳互通。进羊角脑隧道后转西北走向，在方元镇南跨老省道S322后再转南过光明村，至石坡头互通。经嘉禾县龙潭镇南，跨规划中的京珠复线高速公路，在嘉禾县车头桥镇南侧跨越省道S324线设嘉禾互通。从土市进入蓝山县，经蓝山县楠市镇设楠市互通，跨在建的二广高速设祠堂圩互通。项目终点止于永州市蓝山县祠堂圩镇(接厦蓉线宁远至道县高速公路起点)，桩号为:K216+760.753。

主线全长104.252公里，采用四车道高速公路标准修建，设计车速为100公里/小时，路基宽度采用26米。郴州联络线长7.07公里，按一级公路标准修建，路基宽度采用24.5米。全线特大桥1座全长1511米，大桥27座全长9534米，隧道7座单洞长18388米，互通式立交8处，设服务区2处，停车区2处，管理分中心1处。全线划分为4个监理合同段和16个土建合同段。

2012年12月23日，厦蓉线郴州至宁远高速公路(简称"郴宁高速")正式建成通车。郴宁高速在隧道内启用了"高速公路隧道智慧照明"系统，在服务区成功应用中水回用系统，实现了生活污水零排放，通过一系列创新举措，将郴宁高速打造成一条科技高速、环保高速。

从设计阶段开始，郴宁高速就融入了"智慧高速"的理念，在隧道照明方面，下足了功夫。智慧隧道灯可以根据车流、车速、车型的变化调节路灯的开关和照度，最高节能效率高达30%。以郴宁高速万华岩隧道为例，该隧道双洞进出口的685盏高压钠灯，年用电量总数为1077480度，年节电量可达323244度，年节煤量110.5吨，年减排二氧化碳量为289.6吨，年减排二氧化硫量为0.9吨。

郴宁高速在服务区成功应用了中水回用系统，桂阳服务区每年利用中水进行冲洗和浇灌就可节约自来水约7万多吨，节约水费约21万元。在高速公路服务区，生活污水基本由公厕污水与厨房污水两块组成。其中，作为公厕及场地冲洗、绿化、消防、汽车加水等用水需求占整个服务区用水量的一半以上。考虑到服务区的高用量用水，郴宁高速公路在设计、建设中融入环保、节能的理念，把中水回用系统成功应用到服务区的日常营运中，成为湖南省首批投资安装污水处理系统的高速公路服务区，使服务区全部做到了生活污水的零排放。