Hầm vượt sông Sài Gòn (còn gọi là hầm Thủ Thiêm) được khởi công xây dựng từ tháng 2/2005 và thông xe vào tháng 11/2011. Công trình này nối liền hành lang Đông - Tây của TP HCM bằng hai đại lộ là Mai Chí Thọ (quận 2, 9, Thủ Đức) và Võ Văn Kiệt (quận 1, 5, 6, 8, huyện Bình Chánh) với kì vọng giảm tải ùn tắc giao thông cho xa lộ Hà Nội và các tuyến đường cửa ngõ vào trung tâm. Thời điểm khánh thành, đây là công trình hầm vượt sông lớn nhất và hiện đại nhất khu vực Đông Nam Á.
Trục đại lộ Mai Chí Thọ - hầm Thủ Thiêm - đại lộ Võ Văn Kiệt dài gần 22km kết nối với nhiều công trình, tuyến đường trọng điểm khác như cầu Rạch Chiếc, cao tốc TP HCM - Long Thành - Dầu Giây, cầu Thủ Thiêm, cảng Cát Lái, cầu Phú Mỹ, quốc lộ 1A nên đón nhận lượng phương tiện lưu thông cực lớn.
Theo Trung tâm quản lý đường hầm sông Sài Gòn, trong năm 2018 có 18,1 triệu lượt ô tô lưu thông qua đường hầm và bình quân mỗi ngày có 250.000 xe máy lưu thông qua đây. Trong những tháng đầu năm 2019, lượng ô tô tăng hơn 1.000 lượt/ngày, xe máy 20.000 lượt/ngày so với cùng kỳ năm 2018.
Đến nay, với sự gia tăng dân số mạnh tại Khu đô thị mới Thủ Thiêm cùng dòng phương tiện từ các khu vực khác đổ về đang khiến công trình hầm vượt sông hiện đại nhất Đông Nam Á của TP HCM lâm vào tình cảnh kẹt xe triền miên, đặc biệt vào khung giờ cao điểm hoặc xảy ra sự cố. Điển hình là ngày 15/10/2018, một xe tải lưu thông qua hầm hướng từ quận 1 sang quận 2 đã kéo sập một phần hệ thống giàn giáo của công trình làm đường cách cửa hầm khoảng 50m khiến giao thông khu vực này ùn tắc kinh hoàng kéo dài từ sáng đến trưa.
Trong các giờ cao điểm, ùn tắc thường xuyên diễn ra trên làn đường xe máy cả hai chiều lưu thông. "Kẹt xe một phần là do phần đường xe máy trên đại lộ Mai Chí Thọ rộng rãi với 3 làn nhưng đến lúc vào hầm thì bị "bóp" lại còn 1 làn, tạo nút thắt cổ chai nên ùn tắc là không thể tránh khỏi. Điều nguy hiểm nữa là lúc vào hầm từ quận 2 qua quận 1, làn xe máy phải lưu thông theo một khúc cua đông đúc rất dễ xảy ra va chạm. Ngày nào tôi cũng phải hai lần chịu cảnh nhích từng chút một qua hầm Thủ Thiêm vì kẹt xe", chị Nguyễn Thị Thu - sống ở quận 9 than thở.
Việc bị "bóp" từ 3 làn xe thành 1 và phải chạy theo khúc cua như chị Thu đề cập khiến lối vào hầm lúc nào cũng chật kín trong giờ cao điểm. Trong khi đó, phần đường ô tô rộng rãi hơn khi có 2 làn xe lưu thông vào hầm.
Va chạm giao thông trên làn xe máy là điều xảy ra thường xuyên khi lượng xe máy khổng lồ lưu thông vào hầm. Mỗi lúc xảy ra sự cố, cả dòng phương tiện lâm vào tình trạng dậm chân tại chỗ
Lực lượng CSGT cùng nhân viên của Ban quản lý luôn túc trực ở hai phía đầu hầm để nhanh chóng xử lý sự cố nhưng nhiều thời điểm là không kham nổi.
Nhiều người chống chân vào dải phân cách chờ đợi lực lượng chức năng giải quyết sự cố trong khi một số khác lại khá sốt ruột ngóng xem tình hình. Những năm qua, phía Đông TP HCM phát triển mạnh, nhiều khu siêu đô thị hoặc chung cư cao tầng được xây dựng khiến dân số tăng rất nhanh cũng là một phần nguyên nhân gây ùn tắc tại khu vực này.
Bên trong hầm, trên cả hai làn ô tô và xe máy ken đặc phương tiện. Chỉ cần xảy ra va chạm nhẹ thì cả đoàn xe lập tức bị ùn ứ.
Tốc độ cho phép xe máy lưu thông qua hầm là 40 km/h nhưng nhiều thời điểm người tham gia giao thông gần như nhích từng chút một. Ô tô phải giữ khoảng cách với nhau 30 m khi vào hầm nhưng trong giờ cao điểm thì điều này gần như bất khả thi.
Phía ngoài đầu hầm quận 1 đến khu vực cầu Calmette lúc 18h. Khu vực này là điểm đen về ùn tắc giao thông khi xảy ra xung đột giữa lượng xe từ trong hầm ra với dòng xe lưu thông trên đại lộ Võ Văn Kiệt.
Đoạn đại lộ Võ Văn Kiệt này tập trung nhiều tòa nhà văn phòng, ngân hàng... lượng phương tiện lớn nên khi "hòa" với dòng xe hầm Thủ Thiêm từ quận 2 sang quận 1 gây nên tình trạng giao thông hỗn loạn.
Cả ô tô lẫn xe máy không lưu thông theo một trật tự nào, tất cả đều cố gắng nhích từng chút một chiếm khoảng trống để thoát khỏi khu vực ùn tắc.
Trong khi đó, hướng từ quận 1 sang quận 2 cũng đầy ấp phương tiện xếp hàng kín mặt đường chờ lưu thông vào hầm.
Sau gần 8 năm đưa vào sử dụng, hầm Thủ Thiêm trở thành nổi ám ảnh của người dân TP HCM khi lưu thông vào các giờ cao điểm.
Nhiều người dân hi vọng, dự án xây cầu Thủ Thiêm 2 khi đưa vào lưu thông sẽ phần nào "giải cứu" được hầm Thủ Thiêm. Tuy nhiên sau gần 4 năm, cây cầu này vẫn chưa thể nối đôi bờ quận 1 và quận 2 khi vướng nhiều khó khăn, nhất là việc giải phóng mặt bằng phía quận 1 nên chưa hẹn ngày "về đích"
Hầm vượt sông Sài Gòn được xem là công trình trọng điểm nhất của trục đại lộ Đông - Tây (nay là đại lộ Mai Chí Thọ và đại lộ Võ Văn Kiệt), nằm cách mặt nước sông Sài Gòn 24m, tổng chiều dài 1.490m, bao gồm 3 đoạn chính là: hầm dẫn phía quận 1 dài 585m; hầm dẫn phía quận 2 dài 535m, hầm dìm 4 đốt dài 370m.
Công trình có gồm 4 đốt hầm, mỗi đốt hầm dài 94m, rộng 33m, cao 9m và nặng hơn 27.000 tấn được đúc tại bãi Nhơn Trách, tỉnh Đồng Nai. Lần lượt các đốt này sau khi đúc hoàn thành thì được tàu kéo lai dắt trên sông Nhà Bè vào sông Sài Gòn với quãng đường 22km về khu vực thi công để dìm và kết nối lại với nhau.
Ngày 21/9/2010 hợp long thành công hầm Thủ Thiêm và bắt đầu lắp đặt hệ thống điện, quạt phản lực thông gió, thoát hiểm, biển báo…
Ngày 20/11/2011, hầm vượt sông Sài Gòn được khánh thành. Từ sáng 21/11/2011, người dân TP HCM bắt đầu được lưu thông qua hầm với tốc độ xe máy là 40 km/h và ô tô là 60 km/h.