Im Raum Jena sind hauptsächlich drei Großbaumaßnahmen nötig, um die A 4 den zukünftigen Verkehrsverhältnissen anzupassen. Im Jahre 2007 betrug der Durchschnittstagesverkehr in diesem Abschnitt rund 70.000 Fahrzeuge. Für das Jahr 2020 werden 85.000 Kfz. erwartet. Der LKW Anteil soll sich dabei auf 34.000 „Tonner“ verdoppeln. Der Ausbau der A 4 ist Bestandteil des VDE (Verkehrsprojekt Deutsche Einheit) Nr.15.
Die Autobahn in ihrem alten Zustand war diesem Verkehrsaufkommen nicht mehr gewachsen und musste daher dringend erweitert, grundhaft erneuert und mit Seitenstreifen versehen werden. Seit der Verkehrsfreigabe im Jahr 1937 ist allerdings die Stadt Jena an die Autobahn herangewachsen. Im Ortsteil Lobeda wurden in unmittelbarer Nähe zur Trasse zahlreiche „Plattenbauten“ errichtet. Das deutlich erhöhte Verkehrsaufkommen nach der „Wende“ führte für die Anwohner auch zu einer bisher völlig unbekannten Lärmbelästigung.
Auch die Saaletalbrücke ist für die zukünftige Verkehrsbelastung nicht ausgelegt. Ein Ausbau ist nicht möglich, in Teilen ist sie sanierungsbedürftig. Erfreulicher- weise steht dieses architektonisch wertvolle Bauwerk unter Denkmalschutz.
Westlich der Saale durchzieht die Autobahn das schmale Leutratal. Hier ist ein Ausbau schon platzmäßig kaum möglich. Das Leutratal ist zudem eines der ältesten Naturschutzgebiete Deutschlands mit in freier Natur vorkommenden Beständen verschiedener Orchideenarten. Direkt an der Trasse, teilweise nur 20 Meter entfernt, liegt der kleine Ort Leutra, dessen Bewohner unter dem Lärmpegel leiden.
Die den Verhältnissen vor Ort und den Anforderungen des Verkehrs am besten gerecht werdende Lösung sieht drei Großvorhaben und zahlreiche weitere Baumaßnahmen und begleitende Arbeiten vor, von denen folgende kurz dargestellt werden:
die bisherige Streckenführung im Leutratal
Neubau des Jagdbergtunnels
Neubau einer zweiten und Erneuerung der alten Saaletalbrücke
Einhausung Jena – Lobeda
Ausbau bei Jena
Die Maßnahmen haben ein Volumen von rund 120 Millionen Euro.