งานออกแบบรายละเอียดโครงการก่อสร้างสะพานมิตรภาพไทย - ลาว หนองคาย - เวียงจันทน์ แห่งที่ 2 จังหวัดหนองคาย เป็นสะพานรถไฟแห่งใหม่ รองรับเฉพาะรถไฟความเร็วสูงและรถไฟรางคู่ (ระบบรถไฟ 4 Tracks) พร้อมปรับปรุงซ่อมบำรุงสะพานปัจจุบันให้เป็นสะพานเดินรถยนต์ทางเดียว เพื่อรองรับการพัฒนาโครงข่ายเชื่อมโยงระหว่างประเทศ ให้สอดคล้องตามนโยบายการพัฒนาโครงข่ายการขนส่งทางราง โดยมีจุดเริ่มต้นโครงการจะอยู่บริเวณเชิงลาดของตัวสะพานฝั่งประเทศไทย จุดสิ้นสุดโครงการจะอยู่บริเวณเชิงลาดตัวสะพานฝั่งสปป.ลาว

โครงการดังกล่าวเกิดขึ้นเนื่องจากการเชื่อมโยงโครงข่ายรถไฟ ไทย - ลาว - จีน ยังขาดโครงสร้างตัวสะพานข้ามแม่น้ำโขงข้ามพรมแดนประเทศไทย-สปป.ลาว ในการเชื่อมต่อรถไฟความเร็วสูงลาว-จีน กับสถานีหนองคาย (โครงการรถไฟความเร็วสูงกรุงเทพฯ-หนองคาย) ซึ่งสะพานเดิมไม่สามารถรองรับปริมาณการจราจรและการขนส่งได้เพียงพอ จำเป็นต้องเร่งผลักดันให้เริ่มดำเนินการ ดังนั้น รัฐบาลทั้ง 3 ฝ่าย ไทย - ลาว - จีน ร่วมลงนามข้อตกลงเห็นชอบร่วมกันว่าการสร้างสะพานใหม่ เป็นส่วนหนึ่งของโครงการเชื่อมต่อรถไฟ หนองคาย - เวียงจันทน์ จะตั้งอยู่ทางด้านท้ายน้ำของสะพานเดิม อยู่ห่างประมาณ 30 เมตร โดยสะพานแห่งใหม่จะมีทางรถไฟทั้งขนาดทางมาตรฐานและขนาดทาง 1 เมตร (Meter Gauge) โดยแนวเส้นทางรถไฟขนาดทาง 1 เมตรจะเบี่ยงแนวไปเชื่อมต่อกับแนวเส้นทางรถไฟเดิมใน สปป.ลาว ไปยังสถานีท่านาแล้ง และในส่วนของทางรถไฟขนาดทางมาตรฐาน 1.435 เมตร จะเบี่ยงแนวไปเชื่อมต่อกับแนวเส้นทางรถไฟที่สถานีเวียงจันทน์ใต้ของโครงการรถไฟลาว - จีน