ความสำคัญของเส้นทาง
เป็นส่วนของเส้นทางที่เชื่อมโยงโครงข่ายทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองที่เชื่อมโยงภาคเหนือกับภาคตะวันออกเฉียงเหนือ ต่อจากช่วงพิษณุโลก-เพชรบูรณ์ (หล่มสัก)  เป็นทางเลือกในการเดินทางที่มีมาตรฐานทางที่สูงกว่าทางหลวงหมายเลข 12 เส้นทางในปัจจุบันที่ผ่านพื้นที่ภูมิประเทศแบบภูเขา

จังหวัดที่แนวเส้นทางพาดผ่าน  3 จังหวัด ได้แก่ เพชรบูรณ์ ชัยภูมิ และขอนแก่น

รูปแบบการพัฒนา
พัฒนาเป็นทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองตลอดทั้งแนวโดยปรับแนวใหม่จากแผนทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองระยะ 20 ปี (พ.ศ. 2560-2579) เพื่อให้เส้นทางเชื่อมกับแนวเส้นทาง MR2 (กรุงเทพฯ/ชลบุรี-หนองคาย) บริเวณอำเภอบ้านไผ่ จังหวัดขอนแก่น

การกำหนดแนวเส้นทาง
ทางทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายตาก-นครพนม ช่วง เพชรบูรณ์-ขอนแก่น มีจุดเริ่มต้นบริเวณถนนหมายเลข 21 บริเวณหลักกิโลเมตร 257+500 ตำบลน้ำชุน อำเภอหล่มสัก จังหวัดเพชรบูรณ์ จากนั้นมุ่งไปทางทิศตะวันออกเฉียงใต้ ตัดผ่านถนนทางหลวงหมายเลข 2037 บริเวณหลักกิโลเมตรที่ 7+000 ตำบลหนองตูม อำเภอภูเขียว จังหวัดชัยภูมิ และ ถนนทางหลวงหมายเลข 201 บริเวณหลักกิโลเมตรที่ 190+000 ตำบลกวางโจน อำเภอภูเขียว จังหวัดชัยภูมิ มุ่งหน้าตรงต่อไปจนถึงจุดตัดที่ถนนทางหลวงหมายเลข 2 บริเวณหลักกิโลเมตรที่ 293+500 ตำบลหัวหนอง อำเภอบ้านไผ่ จังหวัดขอนแก่น โดยสรุปแล้วแนวเส้นทางของทางหลวงพิเศษระหว่างเมือง สายตาก-นครพนม ช่วงเพชรบูรณ์ (หล่มสัก)-ขอนแก่น พบว่ามีระยะทางรวมของแนวเส้นทางช่วงนี้ประมาณ 181 กิโลเมตร

การพิจารณาด้านสิ่งแวดล้อม

• • ผลการตรวจสอบและการรวบรวมพื้นที่อ่อนไหว รวมทั้งข้อจำกัดทางด้านสิ่งแวดล้อมของทางหลวงพิเศษระหว่างเมืองสายตาก (ด่านแม่สอด)-นครพนม (ด่านนครพนม) ช่วงเพชรบูรณ์ (หล่มสัก)-ขอนแก่น พบว่า มีความยาวประมาณ 181 กิโลเมตร ผ่านพื้นที่ทั้งหมด 21 ตำบล 9 อำเภอ 3 จังหวัด ได้แก่ จังหวัดขอนแก่น จังหวัดชัยภูมิ และจังหวัดเพชรบูรณ์ ลักษณะพื้นที่ที่ตัดผ่านมีความลาดชันค่อนข้างสูงถึงความลาดชันสูง เป็นป่าสมบูรณ์ก่อนปี 2525 และบางพื้นที่เป็นป่าสมบูรณ์แต่มีการบุกรุกก่อนปี 2525 โดยผ่านพื้นที่ลุ่มน้ำชั้น 1A เป็นระยะทาง 72.52 กิโลเมตร พื้นที่ลุ่มน้ำชั้น 1B เป็นระยะทาง 28.23 กิโลเมตร พื้นที่ลุ่มน้ำชั้น 2A เป็นระยะทาง 9.39 กิโลเมตร และ พื้นที่ลุ่มน้ำชั้น 2B เป็นระยะทาง 6.07 กิโลเมตรโดยตัดผ่านป่าสงวนแห่งชาติ จำนวน 6 แห่ง ได้แก่ ป่าโคกหลวงแปลงที่ 3 ป่าซำผักหนาม ป่าตะเบาะ-ป่าห้วยใหญ่ ป่าภูผาดำ-ป่าภูผาแดง ป่าภูหยวก และลุ่มน้ำป่าสักฝั่งซ้าย เป็นระยะทางประมาณ 100.99 กิโลเมตร ตัดผ่านอุทยานแห่งชาติ 3 แห่ง คือ อุทยานแห่งชาติน้ำหนาว เป็นระยะทางประมาณ 25.98 กิโลเมตร อุทยานแห่งชาติตาดหมอก เป็นระยะทางประมาณ 0.078 กิโลเมตร และอุทยานแห่งชาติน้ำพอง เป็นระยะทางประมาณ 4.21 กิโลเมตร ตัดผ่านเขตรักษาพันธุ์
    สัตว์ป่า 1 แห่ง คือ เขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าภูเขียว เป็นระยะทางประมาณ 43.40 กิโลเมตร
  • สำหรับพื้นที่อ่อนไหวต่อผลกระทบสิ่งแวดล้อมในระยะ 500 เมตรจากสองฝั่งแนวเส้นทาง ช่วงเพชรบูรณ์ (หล่มสัก)-ขอนแก่น ประกอบด้วย สถานศึกษา 17 แห่ง ศาสนสถาน 23 แห่ง สถานพยาบาล 4 แห่ง และชุมชน 28 ชุมชน สำหรับโบราณสถาน ในระยะ 1 กิโลเมตรจากสองฝั่งแนวเส้นทาง พบจำนวน 6 แห่ง ได้แก่ กลุ่มบ้านโนนข่า บ้านเมืองเพีย สิมวัดบึงแก้ว โนนกสิกรรม สิมวัดสระทอง (อุโบสถ) และบ้านโนนเสลา
  • ลักษณะการใช้ประโยชน์ที่ดินของพื้นที่ที่แนวเส้นทางตัดผ่าน ประกอบด้วย พื้นที่เกษตรกรรม 418,400.00 ไร่ พื้นที่ป่าไม้ 1,580,613.00 ไร่ พื้นที่ไม่ใช้ประโยชน์ 11,933.00 ไร่ พื้นที่ชุมชนและสิ่งปลูกสร้าง 2,955.00 ไร่ และพื้นที่แหล่งน้ำ 1,803.00 ไร่ โดยมีจุดตัดถนนสายหลัก 8 จุด ถนนชุมชน 63 จุด นอกจากนี้ ยังตัดผ่านแหล่งน้ำประเภทแม่น้ำลำคลอง 41 จุด