Kerosene läckte från en rörledning nära Nantykaws i Carmarthenshire till Nant Pibwr i närheten, med död fisk upptäckt.
Den walesiska regeringen sade att A48 kommer att stänga i båda riktningarna från Nantykaws vänder sig till Carmarthen från 19:00 BST på fredag till 06:00 måndag.
Trafiken kommer att avledas genom Nantykaws och Llangunnor.
Ministern för landsbygdsfrågor Lesley Griffiths besökte platsen för spillet på lördagen.
I ett brev till församlingens medlemmar bekräftade hon att omfattningen av spillet var större än man tidigare trott.
Detaljer om när en huvudväg kommer att stängas för reparationsarbeten till en skadad bränsleledning som läckte mer än 140 000 liter olja har bekräftats.