雁门关隧道为特长深埋直线隧道，洞内纵坡采用人字坡，按上、下行分离式断面设置，测设中线间距50m。隧道内轮廓采用单心圆断面，洞身段衬砌结构按新奥法原理设计，初期支护采用喷、锚、网支护，两次衬砌采用现浇混凝土，并结合地层地质条件辅以长短管棚、超前锚杆等预加固措施。隧道采用EVA 水层防水，环向、纵向排水管引水，中心排水沟排水，对可能发生涌水的段落采用预注浆堵水与排放相结合的措施。洞门均采用端墙式，并作了景观设计。洞内采用水泥混凝土路面，衬砌内表面采用防火涂料喷涂。