入台中市海线地区。相对于中山高当初规划是以串联台湾西岸主要大城市为目的，考量到平衡地区发展、土地取得的成本与避免都市附近短途通勤车流造成阻塞，国道三号的选线皆刻意避开部分人口稠密的都会区并经过许多原本低度开发的乡村地带。国道三号从北部开始分别在汐止系统交流道（新北市汐止区）、新竹系统交流道（新竹县宝山乡）与彰化系统交流道（彰化县彰化市）与国道一号（中山高速公路）交会，其中汐止到新竹的路段是行走较内陆的山区乡镇，新竹到彰化则是经由滨海地区，彰化以南的路段都是沿山区行走，直到南端的林边为止都採取与中山高平行