ความสำคัญของเส้นทาง
เป็นเส้นทางที่เชื่อมต่อจากเส้นทางช่วงบางปะอิน-นครราชสีมา ที่อยู่ระหว่างการก่อสร้างในปัจจุบัน เชื่อมโยงการเดินทางจากจังหวัดนครราชสีมาซึ่งเป็นเมืองศูนย์กลางทางเศรษฐกิจหลักของภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนล่าง และเป็นจุดรวบรวมและกระจายการเดินทางจากภูมิภาคต่าง ๆ ในโครงข่ายระบบทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองทั้งกรุงเทพมหานครและปริมณฑล ภาคตะวันออกและพื้นที่เขตพัฒนาพิเศษภาคตะวันออก (EEC) ภาคกลาง และต่อเนื่องไปยังภาคเหนือ รวมทั้งภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนล่าง ไปยังพื้นที่ภาคตะวันเฉียงเหนือตอนบน และด่านหนองคายซึ่งเป็นประตูการค้าหลักในแนวเส้นทางโครงข่ายตามยุทธศาสตร์ Belt and Road Initiative (BRI) ของจีน รวมทั้ง รองรับการพัฒนาพื้นที่ระเบียงเศรษฐกิจพิเศษภาคตะวันออกเฉียงเหนือ (Northeastern Economic Corridor: NEC) โดยเป็นเส้นทางที่เชื่อมโยงเมืองหลักสองแห่ง ได้แก่ นครราชสีมา และขอนแก่น และเขตเศรษฐกิจพิเศษชายแดน (SEZ) หนองคาย ทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองช่วงนี้จะเป็นทางเลือกในการเดินทางและขนส่งเพิ่มเติมจากเส้นทางหลัก และช่วยบรรเทาปัญหาการจราจรในเส้นทางสายหลักในปัจจุบัน คือ ทางหลวงหมายเลข 2 รวมทั้งเป็นการเปิดพื้นที่ใหม่ เพิ่มความสามารถในการเข้าถึงโครงข่ายถนนหลัก และส่งเสริมการพัฒนาพื้นที่ของพื้นที่ที่อยู่ห่างจากทางหลวงหมายเลข 2 ในช่วงเส้นทางจะมีจุดเชื่อมต่อโครงข่ายทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองกับเส้นทางชลบุรี-นครราชสีมา (M61) และเส้นทางนครสวรรค์-อุบลราชธานี (M62) ช่วงนครสวรรค์-นครราชสีมา ซึ่งสามารถเชื่อมโยงไปยังภาคกลาง ภาคตะวันออก และภาคะวันออกเฉียงเหนือตอนล่างได้ และที่จุดสิ้นสุดของช่วงเส้นทางจะเป็นจุดเชื่อมต่อโครงข่ายกับเส้นทางพิษณุโลก-นครพนม (M63) ซึ่งสามารถเชื่อมโยงไปยังภาคเหนือ และพื้นที่ด้านตะวันออกของภาคตะวันออกเฉียงเหนือตอนบนได้

รูปแบบการพัฒนา
พัฒนาเป็นทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองระบบเดียว (ไม่ใช้เขตทางร่วมกับระบบราง) เนื่องจากเขตทางของทางรถไฟปัจจุบันได้ถูกใช้สำหรับการพัฒนาเส้นทางรถไฟความเร็วสูงรวมทั้งการตั้งถิ่นฐานและการใช้ประโยชน์ที่ดินรอบข้างเส้นทางรถไฟค่อนข้างหนาแน่น ดังนั้น การพัฒนาทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองโดยใช้เขตร่วมกับระบบรางในเส้นทางช่วงนี้จะก่อให้เกิดปัญหาการเวนคืนค่อนข้างมาก แนวเส้นทางเริ่มต้นต่อขยายจากทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายบางปะอิน-นครราชสีมา ในพื้นที่ตำบลขามทะเลสอ อำเภอขามทะเลสอ จังหวัดนครราชสีมา ไปสิ้นสุดโครงการบริเวณอำเภอบ้านไผ่ จังหวัดขอนแก่น โดยใช้แนวตามผลการศึกษาโครงการทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง ช่วงนครราชสีมา-ขอนแก่น ซึ่งแนวเส้นทางส่วนใหญ่จะอยู่ทางฝั่งตะวันออกของทางหลวงหมายเลข 2 ยกเว้นช่วงแรกที่ต่อมาจากเส้นทางช่วงบางปะอิน-นครราชสีมา

รายละเอียดแนวเส้นทาง
จุดเริ่มต้นโครงการ : อ.ขามทะเลสอ จ.นครราชสีมา
จุดสิ้นสุดโครงการ : อ.เมืองขอนแก่น จ.ขอนแก่น
ระยะทางรวมประมาณ 204 กิโลเมตร
แนวเส้นทางพาดผ่าน 3 จังหวัด 16 อำเภอ ได้แก่
      –   จังหวัดนครราชสีมา 9 อำเภอ ได้แก่ อ.ขามทะเลสอ อ.เมืองนครราชสีมา อ.โนนไทย อ.โนนสูง อ.คง อ.บัวใหญ่ อ.สีดา อ.บัวลาย และ อ.ประทาย
      –   จังหวัดมหาสารคาม 2 อำเภอ ได้แก่ อ.กุตรัง และ อ.โกสุมพิสัย
      –   จังหวัดขอนแก่น 5 อำเภอ ได้แก่ อ.พล อ.หนองสองห้อง อ.โนนศิลา อ.บ้านไผ่ และ อ.เมืองขอนแก่น

แนวเส้นทางโครงการ
จุดเริ่มต้นโครงการอยู่ที่ อำเภอขามทะเลสอ จังหวัดนครราชสีมา โดยเชื่อมต่อถนนทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองหมายเลข 6 สายบางปะอิน-นครราชสีมา (M6) บริเวณ กม.183+000 และมุ่งหน้าไปทางทิศตะวันออกเฉียงเหนือ โดยอยู่บริเวณพื้นที่ราบตอนเหนือของถนนทางหลวงหมายเลข 290 (เลี่ยงเมืองนครราชสีมา) แล้วเข้าสู่พื้นที่ อำเภอโนนไทย และตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 205 (โนนไทย-นครราชสีมา) และโครงการทางหลวงพิเศษฯ สายนครสวรรค์-อุบลราชธานี จากนั้นแนวเข้าสู่พื้นที่ อำเภอโนนสูงผ่าน ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 2067 (ขามสะแกแสง-ดอนหวาย) ก่อนจะข้ามทางรถไฟสายตะวันออกเฉียงเหนือ แล้วเข้าสู่พื้นที่ อำเภอคง โดยแนวเส้นทางได้ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 2150 (โนนไทย-ขามสะแกแสง) จากนั้นเข้าสู่พื้นที่ อำเภอบัวใหญ่ และ อำเภอสีดา ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 202 (บัวใหญ่-สีดา) และเข้าสู่พื้นที่ อำเภอบัวลาย ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 2 (ถนนมิตรภาพ)  ก่อนจะเข้าสู่พื้นที่ส่วนหนึ่งของ อำเภอประทายจากนั้นแนวเข้าสู่พื้นที่ จังหวัดขอนแก่น บริเวณพื้นที่ราบของ อำเภอพล และเข้าสู่ อำเภอหนองสองห้อง ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 2440 (เมืองพล-หนองสองห้อง) ผ่านพื้นที่ส่วนหนึ่งของ อำเภอโนนศิลา ก่อนจะเข้าสู่พื้นที่ อำเภอบ้านไผ่ แนวเส้นทางได้ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 23 (ขอนแก่น-อุบลราชธานี) และตัดผ่านโครงการทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายตาก-นครพนม จากนั้นแนวเข้าสู่พื้นที่ จังหวัดมหาสารคาม บริเวณ อำเภอโกสุมพิสัย ตัดผ่านทางหลวงหมายเลข 208 (ขอนแก่น-มหาสารคาม) จากนั้นแนวเส้นทางจะเบี่ยงซ้ายแยกโดยออกจากแนวเส้นทางช่วง ขอนแก่น-หนองคาย และมุ่งหน้าสู่พื้นที่ อำเภอเมือง จังหวัดขอนแก่น แล้วไปสิ้นสุดโครงการบนทางหลวงหมายเลข 230 (เลี่ยงเมืองขอนแก่น) เพื่อเชื่อมต่อเข้าตัวเมืองขอนแก่นต่อไป

การวิเคราะห์ด้านสิ่งแวดล้อม

• • แนวเส้นทางผ่านพื้นที่ทั้งหมด 15 อำเภอ 3 จังหวัด ได้แก่ จังหวัดนครราชสีมา จังหวัดมหาสารคาม และจังหวัดขอนแก่น ตัดผ่านป่าสงวนแห่งชาติ 2 แห่ง ได้แก่ ป่าโนนน้ำแบ่ง และป่าโครงการรถไฟเมืองคง-ป่าบัวใหญ่ รวมระยะทาง 28.05 กิโลเมตร
  • สำหรับพื้นที่อ่อนไหวต่อผลกระทบสิ่งแวดล้อมในระยะ 500 เมตรจากสองฝั่งแนวเส้นทาง สถานศึกษา 3 แห่ง ศาสนสถาน 7 แห่ง และชุมชน 30 ชุมชน สำหรับโบราณสถาน ในระยะ 1 กิโลเมตร จากสองฝั่งแนวเส้นทาง พบจำนวน 9 แห่ง ได้แก่ บ้านบัวใหญ่ ตะคร้อร้าง บ้านกระฏีกรุ บ้านบุละกอ บ้านหนองไล่ (หนองไร่) เมืองเก่า (ปราสาทเมืองเก่า) โนนบ้านม่วง แห่งโบราณคดีบ้านโนนเหม่น และบ้านเกลือ
  • ลักษณะการใช้ประโยชน์ที่ดินของพื้นที่ที่แนวเส้นทางตัดผ่าน ประกอบด้วย พื้นที่เกษตรกรรม 9,888.23 ไร่ พื้นที่ป่าไม้ 1989.25 ไร่ พื้นที่ไม่ใช้ประโยชน์ 502.39 ไร่ พื้นที่ชุมชนและสิ่งปลูกสร้าง 95.13 ไร่ และพื้นที่แหล่งน้ำ 125.53 ไร่ โดยแนวเส้นทาง มีจุดตัดถนนสายหลัก 5 จุด ถนนชุมชน 19 จุดนอกจากนี้ ยังตัดผ่านแหล่งน้ำประเภทแม่น้ำลำคลอง 32 จุด

โดยสรุปแนวเส้นทางของทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายกรุงเทพฯ/ชลบุรี หนองคาย ช่วงนคราชสีมา-ขอนแก่น พบว่าแนวเส้นทางตัดผ่านพื้นที่อนุรักษ์ด้านสิ่งแวดล้อม ได้แก่ ป่าสงวนแห่งชาติ และพบพื้นที่อ่อนไหวต่อผลกระทบสิ่งแวดล้อมทั้งสถานศึกษา ศาสนสถาน และชุมชน รวมถึงแหล่งโบราณสถานอยู่ใกล้เคียงแนวเส้นทางหลายแห่ง จึงต้องให้ความสำคัญกับผลกระทบสิ่งแวดล้อมด้านต่างๆ ที่อาจเกิดขึ้นกับทรัพยากรสิ่งแวดล้อมดังกล่าว รวมถึงกำหนดมาตรการด้านสิ่งแวดล้อมเพื่อป้องกัน แก้ไขและลดผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นอย่างเหมาะสม