在"八五"国家公路建设重点项目中，大坂山隧道的建设于1993年2月正式启动，由中国陕西公路勘察设计院负责设计，并首次在国内公开招标。最终，由中国铁道部第十六工程局第一工程处中标并承担施工任务。

工程于1995年8月18日正式动工，总投资达1.56亿元，其中交通部提供70%的资金支持，青海省交通厅自筹30%。隧道按照三级公路标准建设，设计行车速度为45公里/小时，隧道净宽8.5米，行车道宽7米，净高4.5米，总长度为1530米，引线长2852米，包括一座7×30米大桥。其主要目的是为了应对大坂山垭口的常年雪害，隧道由1530米的正洞和下方的1865米防寒泄水洞构成，正洞进出口还设有300米的防雪棚。大坂山隧道进口处路面中心标高3792.75米，是亚洲乃至世界第二高的公路隧道。

施工过程中，首次应用了国际通用的F1D1C管理模式，并采用了诸如防洪泄水洞、排水板、土工布、保温层和防风保温门等先进防冻胀措施。隧道内部采用C25单心圆混凝土衬砌，配合喷混凝土支护，设置了复合防水层和复合保温层，有效应对地质复杂和冻土问题。施工团队利用遥感技术、综合物探和钻孔技术深入研究地质构造、断裂特征以及水文地质，通过气象观测和冻土探测了解施工环境。经过三年零三个月的艰苦努力，大坂山隧道于1998年11月28日顺利贯通，为宁张公路开辟了一条四季畅通的新路径，避免了大坂山顶积雪带来的困扰，缩短了5.2公里的路程。