Theo UBND thành phố, phân khu đô thị sông Hồng có chiều dài 40km, trải dài từ cầu Hồng Hà đến cầu Mễ Sở. Cụ thể, dự án thuộc địa giới hành chính của 55 phường, xã thuộc 13 quận, huyện gồm: Hoàn Kiếm, Ba Đình, Tây Hồ, Bắc Từ Liêm, Hai Bà Trưng, Hoàng Mai, Long Biên, Đan Phượng, Mê Linh, Đông Anh, Gia Lâm, Thường Tín và Thanh Trì.
Phân khu đô thị sông Hồng có chức năng chính là không gian thoát lũ sông Hồng đoạn qua khu vực đô thị trung tâm. Khu vực này được xác định tại Quy hoạch chung xây dựng Thủ đô Hà Nội đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050.
Dự án quy hoạch trong không gian thoát lũ từ đê cấp 1 (tả ngạn) tới đê cấp đặc biệt (hữu ngạn) hiện có dựa trên nguyên tắc: Không nâng cao các tuyến đê bối hiện có, không xây dựng đê bối mới; không thu hẹp không gian thoát lũ, không đề xuất giải pháp đê mới trong đê cũ (không gian thoát lũ theo đê mới trong không gian thoát lũ theo đê cũ); không làm thay đổi mục tiêu và tiêu chuẩn phòng, chống lũ của hệ thống sông.
Dự án được thực hiện với mục đích hình thành trục không gian văn hóa - cảnh quan sinh thái Hồ Tây - Cổ Loa. Cùng với đó, cải tạo chỉnh trang, tái thiết hệ thống dân cư hiện hữu được tồn tại, bảo vệ theo quy hoạch phòng chống lũ và quy hoạch đê điều hệ thống sông Hồng, sông Thái Bình. Ngoài ra, bảo tồn các công trình di tích, kiến trúc có giá trị lịch sử, kết hợp khai thác quỹ đất phát triển mới tạo lập diện mạo đô thị hai bên sông Hồng.
Theo kế hoạch, phân khu quy hoạch có diện tích khoảng gần 11.000 ha. Trong đó, sông Hồng chiếm 3.600 ha (33%), đất bãi sông trên 5.400 ha (50%). Phần diện tích còn lại là khu vực đã xây dựng gồm các khu làng xóm có lịch sử hình thành và phát triển lâu đời như xã Bát Tràng, Văn Khê, Tráng Việt; các khu phố ngoài đê như Quảng An, Tứ Liên, Yên Phụ, Phúc Xá...
Hiện nay, Hà Nội đã nghiên cứu quy hoạch 8 bãi sông Hồng. Trong đó, 6 khu vực được nghiên cứu xây dựng mới với tỷ lệ 5% (khoảng 1.590ha) gồm: Thượng Cát - Liên Mạc, Hoàng Mai - Thanh Trì, Chu Phan - Tráng Việt, Đông Dư - Bát Tràng, Kim Lan - Văn Đức. Riêng khu vực Tàm Xá - Xuân Canh được nghiên cứu xây dựng mới với tỷ lệ 15% (khoảng 408ha).
Về giao thông, đối với đường bộ, thành phố sẽ xây dựng mới hai tuyến trục chính đô thị dọc sông Hồng. Cụ thể, trục bờ hữu Hồng từ cầu Hồng Hà tới cầu Thanh Trì quy hoạch với quy mô mặt cắt ngang với tối thiểu 4 làn cơ giới và 2 - 4 làn hỗn hợp. Cùng với đó là trục bờ tả Hồng từ Cầu Thượng Cát - đê Tả Hồng - cầu Vĩnh Tuy - cầu Thanh Trì quy hoạch với quy mô mặt cắt rộng 40 - 60m (6 - 10 làn xe).
Về các tuyến đê đoạn qua khu vực nội đô (đường Âu Cơ, Nghi Tàm, Yên Phụ, Trần Nhật Duật, Trần Quang Khải, Trần Khánh Dư, Nguyễn Khoái) cấp hạng là đường liên khu vực quy mô 4 - 10 làn xe. Trong đó, các tuyến đường chính đô thị, liên khu vực khác có bề rộng quy mô 40 - 50 m (6 - 8 làn xe).
Liên quan đến các tuyến đường chính khu vực, Hà Nội xây dựng trên cơ sở nâng cấp các đoạn tuyến đê hiện có như đê tả Hồng, đê hữu Hồng đoạn Liên Mạc - Thượng Cát, đoạn phía nam cầu Thanh Trì được xác định có quy mô 4 - 6 làn xe (bao gồm cả đường gom chân đê).
Các tuyến đường chính khu vực, đường khu vực xây dựng mới có quy mô bề rộng mặt cắt ngang 17 - 30 m, 2 - 4 làn xe. Một số đoạn tuyến đi qua khu vực dân cư hiện có và đoạn đi giáp mép sông có thể nghiên cứu thu hẹp cục bộ hè (nhưng vẫn đảm bảo đủ số làn xe trên tuyến) để hạn chế giải phóng mặt bằng.
Tại các khu vực xây dựng mới, Hà Nội sẽ xây dựng các tuyến đường phân khu vực có mặt cắt ngang quy mô 2 làn xe. Một số đoạn tuyến qua khu vực dân cư làng xóm hiện có, có thể nghiên cứu giảm cục bộ vỉa hè để giảm bớt khối lượng giải phóng mặt bằng.
Theo kế hoạch, đồ án xác định xây dựng mới 6 cầu đường bộ qua sông Hồng gồm cầu Hồng Hà và cầu Mễ Sở trên đường vành đai 4 (quy mô 6 làn xe cao tốc, 2 làn hỗn hợp); Cầu Thượng Cát và cầu Ngọc Hồi trên đường vành đai 3,5 (quy mô 6 làn cơ giới 2 làn hỗn hợp); Cầu Tứ Liên kết nối các tuyến đường trục chính đô thị dọc hành lang 2 bên sông Hồng (quy mô 6 làn cơ giới 2 làn hỗn hợp); Cầu Trần Hưng Đạo kết nối đường Trần Hưng Đạo sang khu vực quận Long Biên (quy mô 6 làn cơ giới 2 làn hỗn hợp).
Ngoài ra, thành phố sẽ xây dựng bổ sung giai đoạn 2 của cầu Vĩnh Tuy. Cùng với đó, thành phố ẽ nghiên cứu bổ sung, mở rộng cầu Thăng Long và cầu Bắc Cầu qua sông Đuống trên tuyến đường trục chính đô thị dọc sông Hồng.