1955年初,铁道部大桥工程局编制了技术设计,9月1日建桥工程开工,1957年9月底竣工,10月15日正式通车。武汉长江大桥西北始于汉阳龟山南坡,东南止于武昌蛇山入江的山头。由于龟蛇锁江,江面狭窄,缩短大桥的长度。江底为两山余脉,除7号墩地质条件较差外,正桥的7个桥墩都立在坚固岩石上。利用两岸山势,桥下净空高,可满足通航需要。大桥为公路铁路双层桥,总长1670米,其中正桥长1156米。
正桥8墩9孔,每孔桥跨128米。桥墩基础施工采用“管柱钻孔法”,开创了中国建桥史上的新工艺。正桥钢梁由平弦菱形连续梁组成,钢梁设计三联,每联三孔。钢梁制作精确,由两岸平衡悬臂向江心拼接合拢。连续梁由一组绞式固定支座和三组辊轴式支座所支撑。在最高洪水位时,桥下净高18米,可满足上行大型轮船的通航要求。
汉阳岸引桥长303米,有17孔;武昌岸引桥长211米,12孔。每孔跨度不超过17.2米,均为钢筋混凝土门式拱桥。连接正桥与两岸引桥的桥台为8层楼式桥头堡,第8层在公路桥桥面两侧各设一对仿古双檐小角亭,成为桥头附近黄鹤楼与晴川阁之间的连结点。桥面上下两层。下层设铁路双轨,南北列车可同时对开。两侧有2.25米宽小道,专供大桥养护人员行走。上层为公路桥桥面,车行道宽18米,可并行6辆汽车,设计荷载汽—18、挂—100,其两侧人行道宽2.25米。正桥人行道外缘为铸铁雕花栏杆,图案有丹凤朝阳、孔雀开屏、雄鸡报晓、鸟语花香、菊黄蟹肥、石榴结籽、猕猴摘桃、鱼跃荷香等。
人行道内缘后来增设了钢筋混凝土结构的防撞护栏。每隔32米矗立一对灯柱,兼作无轨电车供电线路的支架。入夜成串的桥灯远望如过江银龙,壮丽奇绝。大桥管柱基础、墩台、梁体及铁路联络线由铁道部大桥工程局施工,公路桥桥面及两岸引道由武汉市建设局协同施工。大桥工程耗用混凝土和钢筋混凝土12.63万立方米;安装钢梁24 372吨;打入钢筋混凝土管桩3 000根,总长62.5公里;直径1.55米的钢筋混凝土管柱224根,总长3 752米。总结算投资1.38亿元,大桥主体工程投资7 189万元。公路桥桥面由武汉市建设局负责维修管理,其余均由郑州铁路局武汉长江大桥桥工处维修管理。