改造工程分为地面道路和地下隧道两部分，其中，地面道路为双向6-8车道，设计时速50千米，与滨海大道辅路相连，服务于南山桂庙片区；地下道路采用双向6车道加连续集散车道，设计时速80千米，连接滨海大道快速路，实现福田、罗湖与前海自贸区的快速联系。
该项目地下段隧道左右线为长短两条隧道，西行隧道（左线）起于月亮湾大道东侧，终于后海大道西侧，总长约1.96千米；东行隧道（右线）起于月亮湾大道东侧，终于后海滨路，总长约3.29千米。
2022年2月，桂庙路东行隧道率先投入使用。9月21日，桂庙路快速化改造（一期）工程西行隧道路面沥青面层顺利铺筑完成。9月28日，桂庙路快速化改造(一期)工程西行隧道于当天下午正式通车。
桂庙路的机动车道宽13．5米，中间的
绿化隔离带的宽14米，由东往西方向有“向南村”公交站台，由西往东方向有“南山阳光文体中心”、“向南村”、“向南东村“三个公交站台。