เริ่มจาก ทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 (ถนนเพชรเกษม) บริเวณด่านศุลกากรสะเดา–บูกิตกายูฮิตัม พรมแดนไทย-มาเลเซีย ในเขตอำเภอสะเดา จังหวัดสงขลา ผ่านอำเภอหาดใหญ่ ถึงจังหวัดพัทลุง ถึงบริเวณสี่แยกเอเชียพัทลุง อำเภอเมืองพัทลุง ไปตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 41 ผ่านบางอำเภอในจังหวัดนครศรีธรรมราช จังหวัดสุราษฎร์ธานี และจังหวัดชุมพร ถึงสี่แยกปฐมพร ตรงไปตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 4 (ถนนเพชรเกษม) อีกครั้ง ผ่านจังหวัดประจวบคีรีขันธ์ จังหวัดเพชรบุรี จังหวัดราชบุรี จังหวัดนครปฐม ถึงทางแยกต่างระดับบางแค ในเขตบางแค กรุงเทพมหานคร

จากนั้นแยกซ้ายไปตามทางหลวงพิเศษหมายเลข 9 (ถนนวงแหวนรอบนอกกาญจนาภิเษกฝั่งตะวันตก) ผ่านบางอำเภอในจังหวัดนนทบุรี จังหวัดปทุมธานี ถึงทางแยกต่างระดับบางปะอิน 1 อำเภอบางปะอิน จังหวัดพระนครศรีอยุธยา แยกซ้ายไปตามทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 32 (ถนนสายเอเชีย) ผ่านจังหวัดพระนครศรีอยุธยา จังหวัดอ่างทอง จังหวัดสิงห์บุรี จังหวัดชัยนาท บรรจบกับทางหลวงแผ่นดินหมายเลข 1 (ถนนพหลโยธิน) บริเวณอำเภอพยุหะคีรี จังหวัดนครสวรรค์ ผ่านจังหวัดนครสวรรค์ จังหวัดกำแพงเพชร จังหวัดตาก จังหวัดลำปาง จังหวัดพะเยา และสิ้นสุดที่จุดผ่านแดนถาวรพรมแดนไทย-พม่า ในอำเภอแม่สาย จังหวัดเชียงราย