2020年拆除北端部分拱頂完工收費方式：採用計程收費方式計費，每日每車前20公里免費，20公里至200公里間採用每公里1.2元計費，200公里以後採用每公里0.9元計費，如遇特殊節日（如春節等連續假日）則採取不同費率計費。
1990年北部第二高速公路工程處、南宜快速公路工程籌備處合併為交通部臺灣區國道新建工程局（下稱國工局），接掌興築北二高及二高後續計畫，草屯以南路線修正計畫於1991年通過，中部路線因欲整合西濱快速公路較晚通過。 A案（濱海線）：中部路線經濱海鄉鎮（如大甲、清水、沙鹿、鹿港等等），於鹽水、義竹間轉往國道一號東側，續經善化、大樹、萬丹、東港，訖於林邊。 ），簡稱國三、福高；又稱為第二高速公路（簡稱二高），是因爲這條是臺灣第二條南北向的高速公路，所以形成此習慣。 全長431.5公里，為臺灣最長的高速公路，另有一條支線：國道三甲臺北聯絡線。
嘉南平原: 設計
自1978年國道一號通車後，臺灣私有車輛逐年提高，國道一號亦日漸飽和、開始交通堵塞，為此，臺灣區國道高速公路局（今交通部高速公路局）於1983年提出「北部都會區網路系統初步研究」，1984年辦理可行性研究與新北鶯歌段規劃。 經可行性研究結果顯示，臺北都會區未來會出現沿西部麓山帶發展的新市鎮（如今日新北市汐止區、新店區、土城區、三峽區等等），因此北二高計畫循研究結果規劃路線，以達成改善路網、促進地區均衡發展等目標。 北二高計畫路線自汐止系統交流道起，新竹系統交流道止，總長108公里（含北二高主線、桃園內環線及臺北聯絡線），沿線配置15座一般交流道、5座系統交流道、2處收費站及1個服務區，另計有24座隧道、226座橋樑。 1989年7月，行政院核定二高後續計畫，路線採建議之C線，起於基隆、於汐止銜接北二高計畫路線、於新竹系統交流道續往南至林邊，總長約401公里（含二高後續計畫主線333公里、環支線68公里），沿線配置40座一般交流道、8座系統交流道、9處收費站、6個服務區及10座隧道，同時修訂臺中環狀系統，暫緩臺中東側大坑山區的國道興建。 除了主線外，國道三號在臺北南區設置用來連接台北市區的支線國道三甲（臺北聯絡線），在萬芳交流道與信義快速道路（又名臺北聯絡道信義支線，興建計畫編號：國道三乙）相接，而除了三個與中山高相交會的系統交流道外，兩條南北向的高速公路間還有新修築的十二條東西向快速公路與五條東西向高速公路互相連結，但這些東西向的高速與快速公路擁有各自的編號，並不屬於國道三號的一部份。 國道三號自北開始南行，依序經過基隆市、新北市、臺北市、桃園市、新竹縣、新竹市、苗栗縣、臺中市、彰化縣、南投縣、雲林縣、嘉義縣、嘉義市、臺南市、高雄市、屏東縣。
國道三號的道路設計為時速120公里之高速公路，而交通規範之速度限制設定以時速110公里為速限，整體比國道一號（中山高速公路）的時速100公里的速限高。 經過數年的興築後，北二高於1993年至1997年間陸續分段通車，二高後續計畫主線亦於1998年起陸續通車，2004年1月11日全線通車後曾公開徵求命名，最後選定以台灣的別名福爾摩沙作為國道三號的正式名稱而成為福爾摩沙高速公路。 B案（內陸線）：B案相對於A案，在新竹系統交會後往山區而行，經苗栗山區、臺中大坑山區、八卦台地東側後沿嘉南平原東側而行，白河以南路線與A案同。 目前可依交通部高速公路局之北區、中區、南區等養護工程分局的管轄範圍為分界，基金－香山段稱為北二高，香山－古坑系統段稱為中二高，古坑系統－大鵬灣端段稱為南二高。 1997年8月24日，木柵交流道～中和交流道通車，北二高計畫路段全線通車，同日，連接國道二號的鶯歌系統交流道通車。
嘉南平原: 交流道
其中由於路段建設時的用地取得問題，在臺中市與彰化縣之間原本應該是南北走向的國道三號很例外地是呈現東西向的走向，自南部北上先經彰化縣芬園鄉，跨烏溪至臺中市霧峰區、烏日區之後，再向西行至彰化縣北部的彰化市，沿烏溪（俗稱大肚溪）西行至彰化縣和美鎮，轉個接近直角的大彎，跨越大肚溪進入臺中市海線地區。 相對於中山高當初規劃是以串聯臺灣西岸主要大城市為目的，考量到平衡地區發展、土地取得的成本與避免都市附近短途通勤車流造成阻塞，國道三號的選線皆刻意避開部分人口稠密的都會區並經過許多原本低度開發的鄉村地帶。 國道三號北起基隆市安樂區大武崙的基金交流道，與基隆港西岸聯外道路（臺二己線）直接銜接，南至屏東縣林邊鄉大鵬灣端（近東港鎮界），續接大鵬灣環灣道路，貫穿整個臺灣西部，是總長431.5公里（主線）的封閉式汽車專用道路系統。 福爾摩沙高速公路北起基金公路南至大鵬灣，主線長度431公里，幾何設計標準係以交通部於民國75年（1986年）頒布之「公路路線設計規範」為主，並參考美、日設計準則提高交通速度，除北部行經丘陵及山嶺區路段採時速90∼100公里設計速率外，其餘主線設計速率均以時速120公里為標準，整體路面以柔性路面為主，但剛性路面鋪築範圍已大幅增加，包括部分爬坡車道、收費站、部分隧道路面及服務區的重車停車場等。
國道高速公路局尚未公告開放排氣量逾550c.c.大型重型機車行駛，目前國道3號全線禁止排氣量逾550c.c.大型重型機車行駛，可改道行駛台61線西部濱海快速公路、台1線、台3線。 此外，2006年完工的北宜高速公路（國道五號）與國道三號在南港系統交流道相交，2009年完工的水沙連高速公路（國道六號）與國道三號在霧峰系統交流道相交。 林內交流道：銜接縣道141號（彰雲路），方便彰化縣二水鄉、南投縣竹山鎮與雲林縣林內鄉三地區的居民上下高速公路。 D案（濱海線比較）：與A案不同之處在於改由大肚溪南岸銜接南投縣西部，取消連接臺中縣（今台中市）東側之公路。 目前已計畫將往南延伸至屏東楓港，以銜接臺9線及提升恆春半島聯外交通，也有可能改由台61線延伸屏東楓港。
於1987年由北二高路段開始動工，1993年開始分段通車，2004年1月11日完成全線通車。 2010年4月25日下午2點29分左右，南下3.1公里到北上2.8公里處邊坡發生走山意外，連帶擠垮橫跨國道上方的大埔橋，崩落的土石掩埋了南北雙向六車道，寬約60多公尺、長約兩百多公尺的路段，造成4人死亡，並使得汐止系統─基金雙向車道全面封閉，後於6月1日恢復通車。 1月31日，基金交流道～汐止系統交流道南下路段通車，同日，中和交流道連接台64線快速公路之匝道通車。
時任屏東縣縣長伍澤元基於開發外圍尚未繁榮的地區之目的，希望路線進入屏東後能以分流的方式，從屏東的兩側外圍繞過，全線長度增為76公里。 經專家學者評估後，認為C線於臺中都會區形成環狀系統，有助於改善周遭地區（臺中港、彰濱工業區、豐原等地）交通，列為建議路線。 2010年4月25日，國道三號基隆七堵路段，於3.25公里處邊坡的「師公格山」所發生之山崩事件。 2007年3月26日，林內段紫斑蝶生物廊道啟用，並實施為期11天（至4月5日）的交通管制，每天早上9點到12點封閉林內段北上外側車道。 休息站（原稱“停車場”，可停車輛數較少且僅有廁所及自動販賣機設施，並無餐廳、商店與加油等服務。）：木柵（北上）、寶山（南下）、新化。
C案（濱海內陸線）：為AB兩案之綜合，以烏溪南岸連接，在和美以北採A案、霧峰以南採B案，並計畫5個環支線連接臺中大坑山區、雲林縣西側臺南市及高雄市等地。 目前已計畫將往南延伸至屏東楓港，以銜接南迴公路及連絡墾丁國家公園，可紓解恆春半島地區假日嚴重的車潮，也可解決南橫高計劃擱置的問題，礙於由原本的終點林邊開始修築延伸線將會有通過人口稠密地區、用地取得較為困難的問題，因此延伸起點初步決定由竹田、南州開始延伸，捨棄自目前的終點林邊起始的腹案。 車道數：雙向6車道（中和至鶯歌以及霧峰至中興為雙向8車道，九如至林邊及汐止系統交流道之主線路段為雙向4車道）。
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