隧道地質構造較為復雜，進口端有670米黃土砂質粘土段，從拱頂到地表面的埋深厚度僅有12～23米，最薄地段只有3.6米；出口端有70米是洪積塊石土堆積層，然后是長約500米的風化花 崗巖，并有煌斑巖侵入，節理發育，有地下水；其余地段為巖漿巖，巖體較完整，但有四條影響較大的斷層通過隧道。隧道最大埋深640米，開挖后的巖體應力重新平衡，有小塊巖石墜落。

隧道每晝夜涌水量約為13200立方米。由于隧道長、工期短、難度大，除進出口正洞工區外，確定選用“三斜一平”的施工方案，以增加施工面，達到長洞短做。為解決3號斜井至出口段長達4083米地段的通風、排水和施工問題，在出口設置兩公里長的平行導坑。全隧道開挖工作量為92萬立方米，混凝土圬工量為20萬立方米。同大瑤山隧道一樣，軍都山隧道也采用“新奧法”原則指導設計與施工，充分調動圍巖的自承能力，實現大斷面快速掘進，并為大型施工機械提供寬闊的操作空間。本著先進、高效、實用的原則，選用引進一批大型設備，完善系列配套。以單臂每分鐘鉆進1.5～2米的全液壓二臂、三臂和四臂鑿巖臺車鉆爆開挖；用1.4～5立方米大斗裝載機，配20噸自卸汽車及6～8立方米礦車、棱式礦車等出碴；全斷面或半斷面掘進，正洞用無軌運輸，斜井用有軌運輸；用機械手進行噴射混凝土初期支護；二次襯砌，是在洞外工廠拌合混凝土以后，用6立方米混凝土輸送車運至施工面，再用混凝土泵泵進12米全液壓模板襯砌臺車內，使隧道邊墻、拱部一次成型。以上設備的高效率配套，組成破巖、裝運、支護的三條流水作業線。

軍都山隧道進口端有670米長的一段，位于淺埋和黃土砂層中，其中有170米范圍的拱部還通過中等密實的細砂層，地下水位在邊墻中部，就地質條件而言，這一段不能形成自然拱，在國內隧道修建史上沒有先例，是施工中難度較大的關鍵之一。對黃土段，主要采用小導管超前支護法、小導管注漿超前支護法和插板法施工。三種支護法使隧道頂部形成一個低強度的混凝土保護拱，然后進行開挖。對黃土層的含水段，用洞外井點降水。共設置18個降水鉆孔，安裝9臺深井潛水泵抽水，截擋地下水補給來源，降低地下水位，保證含水段施工時基本干燥，順利通過了覆蓋僅3.6米的隧道淺埋地段。對其它斷層和破碎帶，堅持“短進尺、弱爆破、強支護計劃用釬探、物探等手段，預測地質和水文地感情況，據以施工。軍都山隧道1985年1月正式開工，1989年通車。