进入湖北省境内,新311国道经过随州市随县、枣阳市,向西南延伸至荆门市钟祥市,随后穿越宜昌市当阳市、夷陵区,在宜昌境内与G348国道形成交汇。从宜昌向西,路线进入重庆市万州区,经石柱土家族自治县后进入贵州省。
在贵州省境内,新311国道途经遵义市湄潭县、瓮安县,向南经过贵阳市息烽县、修文县,继续向西至黔南州都匀市,随后穿越黔西南州兴义市进入云南省。最终,国道止于云南省瑞丽市,与中缅边境公路网衔接。
全线贯穿河南、湖北、重庆、贵州、云南五省直辖市,串联起商丘、许昌、平顶山、宜昌、遵义、贵阳、瑞丽等重要节点城市,形成一条连接中原腹地与西南边境的重要通道。