於二零零二年九月舉行的第三次內地與香港大型基礎設施協作會議，有關各方同意共同展開有關香港與珠江西岸交通聯繫的研究。
國家發展和改革委員會與香港特區政府於二零零三年一月共同委託綜合運輸研究所進行有關研究。
香港與珠江西岸交通聯系研究於二零零三年七月完成。報告指出香港與珠江西岸的交通聯繫薄弱，陸路運輸必須經過虎門大橋，增加了運輸時間和成本。報告認為，港珠澳大橋將大大縮短兩地的行車距離和時間，達至多項宏觀社會經濟效益，包括：
(a) 推動珠江三角洲西岸地區社會經濟發展；
(b) 鞏固香港國際航運、航空中心地位；
(c) 促進地區旅遊業發展；及
(d) 完善地區交通網絡。
於二零零三年八月，國務院同意粵、港、澳三地政府成立港珠澳大橋前期工作協調小組（協調小組），全面開展有關港珠澳大橋建設方案的前期工作。協調小組由粵、港、澳三地政府各派三名代表組成。港方的代表為運輸及房屋局局長、政制及內地事務局副秘書長及路政署署長。運輸及房屋局局長是協調小組的召集人。
二零零四年二月，協調小組委聘中交公路規劃設計院(公規院)為港珠澳大橋進行工程可行性研究。研究的範圍包括水文、環境、景觀、海事、船舶防撞方案、交通、風速評估及財務可行性。為確保可行性研究既符合中央政府有關立項的規定，又能為三地政府各自進行的研究提供足夠的資料，協調小組在廣州設立協調小組辦公室，以監察公規院的研究並且統籌交換資料的工作。
二零零五年四月，國家發展和改革委員會在珠海召開了港珠澳大橋橋位技術方案論證會，來自內地、香港特別行政區和澳門特別行政區的專家就大橋各個走線方案進行了充分的評審和論證。論證會專家組推薦採用北線橋隧方案。有關意見已得到協調小組的認同。
於二零零六年八月舉行的粵港合作聯席會議第九次會議，三地政府均贊同採用「三地三檢」口岸模式。三地政府已委託公規院開展有關的研究。
於二零零八年二月二十八日在廣州召開的港珠澳大橋前期工作協調小組第八次會議，三方同意屬地政府各自建造及營運其境內的口岸及連接綫。按目前工程方案，港珠澳大橋的主橋將會是一條三線雙程分隔車道，全長約29.6公里，採用橋隧結合方案，包括一條長約6.7公里的海底隧道，設計行車速度每小時100公里。主橋從西端珠海拱北對開的人工島伸展至東端近粵港分界線的海底隧道東人工島，跨越伶仃西航道、銅鼓航道、青洲航道、九洲航道、江海直達輪航道等主要航道。
在「三地三檢」模式下，香港特區政府將自行負責在香港境內興建香港的口岸。我們已展開香港口岸的勘測及初步設計工作，以決定香港口岸的選址、總體布置、土地需求和影響。
香港特區政府亦已就大橋香港連接線開展勘測及初步設計研究，以決定其首選定線，與及評估項目對交通、環境等方面的影響。
從合成照片所見，港珠澳大橋香港連接線並不會觸及大嶼山任何土地，而會以高架橋跨越在石灣和沙螺灣之間的岬角。按目前方案，香港方連接道路長約12.4公里。
中央政府已在二零零七年一月九日宣布港珠澳大橋專責小組的成立，以加速推動大橋項目的進展。專責小組由國家發展和改革委員會牽頭，成員為國家交通部、國務院港澳事務辦公室以及粵、港、澳三地政府的代表。專責小組已於二零零七年一月九日舉行首次會議。
通過粵、港、澳三地政府的努力和合作，港珠澳大橋前期工作協調小組在二零零八年二月二十八日召開的協調小組第八次會議上就工程方案、投融資建議實施方案及下一步工作達成共識。粵港澳三地在二零零八年八月就大橋的融資達成進一步的共識；三地除了會按早前的共識各自承擔其境內的口岸及連接線的建設外，更進一步同意共同承擔大橋主體的建設。有關詳情見下列新聞公報。
