青岛海湾大桥（北桥位）项目由中交公路规划设计院负责设计，还没有邀请外国专家共同“打造”的计划。中交公路规划设计院近50年来，曾完成桥梁勘察设计100余座，其中跨长江、黄河及海湾的特大型桥梁50多座，在业内极具口碑。
中交公路规划设计院副院长孟凡超，曾亲自率领项目设计主创人员一行，先后到大桥工程勘察项目部，查看代表性钻孔的岩芯大样，听取了关于整个桥址区地质的情况介绍。设计人员表示，对于尚未出炉的大桥基础设计等，在桩型、桩长设计方面要听取勘察专家的意见。
大沽河航道桥
大沽河航道桥的主塔为独塔，高达149米，是海湾大桥上的最高塔。航道桥建成后，主塔将成为大沽河航道桥的主要标志物，而大沽河航道桥也会因此成为海湾大桥的标志性建筑物。大沽河航道桥钢箱梁施工工程由中交二公局承建，是整个青岛海湾大桥重难点和关键控制性工程，施工组织难度大、施工技术瓶颈多、施工安全风险高，在经过三次专家会讨论并结合实际情况充分论证后，最终确定了钢箱梁安装顺序从主塔向青岛侧依次完成青岛侧钢箱梁吊装，然后从主塔向黄岛侧依次吊装完成黄岛侧钢箱梁吊装的施工方案。
大沽河航道桥是海湾大桥三座主通航孔桥之一，也是整个大桥的重点和关键控制性标志工程。航道桥采用“双边钢箱梁+横向连接箱”结构，由22种55个钢箱梁装焊组成，每个标准梁段长12米、宽47米、高3.6米，其中最大梁段重达1000余吨，这在国内跨海大桥上是首次采用。其中，主塔塔柱采用国内先进的液压自爬模施工工艺，选用高压混凝土泵一级砼泵送方案进行塔柱混凝土浇筑，建成后将成为我市的地标性建筑。
红岛海上互通立交桥
红岛海上互通立交桥是国内首座海上互通立交，浇注的跨主线60米滑移模架箱梁位于B匝道，采用的350米小半径、60米大跨径曲线滑移模架施工设计工艺属国内之最。同时，海湾大桥红岛海上互通立交桥还采用了国内最大跨径、最小半径曲线滑移模架浇注箱梁，浇注工作历时15小时，共浇注混凝土520.54立方米。桥面是这座海上立交桥里距离水面最高、弯度最大、施工最难的一段，代表了中国海上桥梁建设的最先进水平。因为海上施工难度大，海湾大桥建设指挥部特地设计了移动滑移模架，在世界上也属于首创，获得了多项专利。
胶州连接线
青岛海湾大桥最初设计有黄岛、李沧、 红岛三个端口，胶州提出建设海湾大桥胶州连接线的建议，得到青岛市政府肯定与支持。胶州连接线采用红岛互通立交桥样式，在海湾大桥大沽河航道桥西侧建设Y 型互通立交，向西与胶州湾产业新区连接，长约2630 米，其中桥梁长 2600 米，路基长300 米，宽23.5 米。连接线双向四车道，按城市Ⅰ级路设计，地震基本烈度和设防标准Ⅵ度，设计洪水频率300年一遇。匝道长5.3公里，采用单向双车道断面，宽度为10 米，全部为桥梁结构，工程造价估算为 7.64亿元。胶州接线项目完成后，位于“环湾保护、拥湾发展”内圈层的胶州，与青岛主城区的距离将缩短至23公里、 15分钟车程，完全融入青岛“半小时经济圈”。
市区接线
海湾大桥市区接线工程延续了海湾大桥的桥面宽度，设计采用双向八车道，接线工程也是青岛首条具有八车道的城市快速路。青岛海湾大桥市区接线工程由市市政工程设计研究院设计，设计思想超前，不但可以有效地提高道路整体通行能力，建成后还将为青岛新添一条八千米景观新干线。
海湾大桥市区接线工程是青岛海湾大桥的主要疏解道路，早在2006年本市就对接线工程进行了认真研究。该工程一期工程起于青岛海湾大桥，沿李村河、张村河布设，止于海尔路，全长7.6公里。市区接线工程沿李村河至张村河河道北岸走向，在保证快速路标准的同时，避免沿河道反复穿插，减少桥墩对河道泄洪的影响。海湾大桥接线工程途经李沧、四方、市北及崂山四区，作为岛城“三纵四横”快速路网中重要一“横”，将承载交通动脉功能。
市区接线立交桥
在大桥接线工程中，规划设计单位沿线共设计了四座立交桥，分别是四流路立交桥、重庆路立交桥、黑龙江路立交桥和海尔路立交桥。据设计人员介绍，立交桥在选型上充分考虑了相交道路的功能定位，在交通分析的基础上，针对不同的交通节点采用不同的立交形式。
四流路立交设计采用两层半菱形立交形式，在充分利用胜利桥现状的基础上，跨郑州路及四流中支路，保证了两条主线直行方向的行车顺畅；
重庆路立交桥位于两条快速路的交叉枢纽，设计采用五层全定向互通枢纽立交，两条主线之间均采用定向匝道相接，充分保证立交整体交通功能。
黑龙江路及海尔路立交间距约1.7公里，立交节点设计与北侧现状海尔路至万年泉路立交结合，实现了功能互补，降低了立交高度。
