2016年，報經交通部審批，由齊魯交通發展集團對京滬高速公路臨沂段實施改擴建，並於2017年12月開工建設。京滬高速公路臨沂段改擴建工程起自蒙陰縣與新泰市交會處，經蒙陰縣、沂南縣、蘭山區、高新區、羅莊區、蘭陵縣、郯城縣7個縣區，止於郯城縣紅花埠南，接已建京滬高速公路江蘇新沂至淮安段，全長169.3公里，概算投資約167億元。
改擴建後的京滬高速公路臨沂段，收費站將由現有的10個增加至14個，增加了蒙陰西、棗園、馬廠湖、郯城南4處收費站，服務區也將由現有的3處增加至5處，新建蒙陰、蘭陵兩處服務區。此外，此次施工採取不中斷交通和限速限行的方式，保證工程的順利進行。
據瞭解，2021年6月，改擴建的京滬高速公路臨沂段將交工驗收。
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