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천안공구는 경기도 화성군 오산읍 원리(현 오산시 원동)로부터 충남 청원군 옥산면 오산리 몽단이고개까지의 65.9㎞에 해당하는 구간이다. 1968년 4월 3일 착공하여 1차로 오산-천안간이 준공되었고(1969.9.29), 2차로 천안-몽단이고개 구간이 준공되었다(1969.12.10). 특히 충북 청원군 옥산면 국사리-오산리까지의 몽단이고개 공사는 난공사구간으로 육군 제1202건설공병단 제209대대가 동원되기도 하였다.

이 구간에는 현재 안성 JC를 비롯하여 안성 IC, 천안 IC, 천안 JC, 목천 IC 등이 설치되어 있다. 그 후 2000년 7월에 천안 IC로부터 천안-논산간 고속도로가 분기되는 천안 JC까지의 7.8㎞ 구간 확장공사가 시작되어 2002년 12월에 개통을 보았다.

대전공구는 충북 청원군 옥산면 오산리 몽단이고개부터 충북 옥천군 청성면 묘금리에 이르는 74.4㎞ 구간이다. 1968년 8월 19일 착공되어 1970년 6월 27일 완공되었다.

이 구간이 완성됨으로써 경부고속도로는 실제적으로 전 노선이 연결되는 완공을 보게 되는데 여기에는 그만한 사정이 있었다. 다름 아니라 이 구간에 포함된 옥천군 이원면 우산리에서 청성면 묘금리까지의 4㎞ 구간이 바로 가장 어려운 구간이었기 때문이다. 금강을 가로지르는 교량과 소백산맥의 허리(당재)를 통과해야 하는 터널 공사를 집중적으로 병행해야 하는 어려움이 그 어떤 구간과도 비교가 되지 않을 정도로 컸던 것이다. 그 결과 연장 170m의 아치형 교량인 당재육교와 경부고속도로 건설 당시 전 구간의 12개 터널 중에서 가장 긴 당재터널(상행선 590m, 하행선 530m)이 등장하였다. 양쪽 방향에서 진행되던 당재터널 접속포장이 완료되어 터널공사가 완성되던 1970년 6월 27일 한 밤중은 대전공구 뿐만 아니라 곧 경부고속도로 전 구간이 하나로 연결되는 역사적 순간이었던 것이다.

당재터널 공사 당시 유명을 달리한 9명의 고귀한 생명을 포함하여 전체 77명의 영혼을 달래기 위한 순직자 위령탑이 금강휴게소 맞은 편(충북 옥천군 이원면 금강 4교 부근)에 세워진 것도 이 구간의 상징적 의미와 관련된다고 할 수 있다.

이후 수원-청원간(100.1㎞) 6-8차선(남이-청원간 8차선) 확장공사가 1991년 5월 착공되어 1993년 7월 완공을 보게 되었고, 1994년 10월 착공된 청원-회덕간(14.3㎞) 8차선 확장공사도 1998년 9월 완성을 보게 되었다. 그리고 회덕-증약간(14.7㎞) 확장공사가 1999년, 증약-옥천간(5.4㎞) 6차선 확장공사가 2005년 완성을 보게 되었다. 이 구간에는 현재 청주IC, 남이 JC, 청원 JC, 청원 IC, 신탄진 IC, 회덕 JC, 대전 IC, 비룡 JC, 옥천 IC, 금강 IC 등이 설치되어 있다. 비룡 JC는 1999년 개통된 대전남부순환도로(서대전-산내, 12.5㎞)와 2005년 완전 개통한 대전-통영간 고속도로와의 연계를 위해 새로이 설치되었다.