上接琵琶山段，經過沙田嶺山腰、徑口路，至沙田下城門道，是連接九龍與新界東的主要道路，全段為不分隔雙程行車。 由於本段公路夜間較少車輛經過，因此亦成為非法賽車黑點（尤其是澳門格蘭披治大賽車舉行前夕）。 1899年英國依《展拓香港界址專條》接管深圳河以南、後被統稱為「新界」的土地，成為英屬香港的一部分。
2003年運輸署重組路線編號，相關部分改為9號幹線，視為新界環迴公路的一部份（火炭路以北為法定快速公路）。 沙田區議會交通及運輸委員會主席李世榮接受《大公報》記者查詢時稱，大埔公路沙田段的樽頸位是交通擠塞重災區之一，居民長年深受塞車之苦，擴建工程在地區已取得共識，希望盡快落實。 隨着周邊地區陸續發展，很多車輛經區內道路使用大老山隧道、獅子山隧道往返九龍，政府長遠應考慮擴闊大老山公路跨城門河路段、在大老山隧道及獅子山隧道增加行車管道等。 興建中的主要道路工程包括屯門至赤鱲角連接路（北面連接路）、將軍澳—藍田隧道、將軍澳跨灣連接路、中九龍幹線、西貢公路改善工程第一期、大埔公路（沙田段）擴闊工程，以及T2主幹路及茶果嶺隧道。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 另外，規劃中的主要道路工程包括屯門西繞道、粉嶺繞道、西貢公路改善工程第二期、青山公路青山灣段擴闊工程、蓮麻坑路西段（平原河至坪輋路）擴闊工程、荃灣路擴闊工程、沙田T4號主幹路及十一號幹線（北大嶼山至元朗）。 在發展新市鎮時沙田段仍與大圍段直接相連，由於九廣鐵路全綫現代化及電氣化等工程，大圍段近九廣鐵路一段平交道改為行人及行車天橋，自此沙田段與大圍段分拆為兩條道路，並以90度角連接，此時沙田段與大圍段仍然互通。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 九巴站柱前綴
此段路以北地方開始是新界的士可經營範圍（但新界的士可經校門進入中大校園）。 此段南端原本連接大圍段，但經常擠塞，自青沙公路通車後，當局為了改善擠塞情況，遂於2014年6月8日將蔚景園旁邊一段大埔公路永久封閉，現時沙田段已不再連接大圍段，只連接城門隧道公路及青沙公路。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 由郝德傑道起，經過金山郊野公園（馬騮山）至山坳以金山路為界與沙田嶺段相接，是連接九龍與新界東的主要道路，全段為不分隔雙程行車。 ），暱稱舊路，1902年落成，是新界地區第一條落成的公路，全長近22公里，現時共分為9段。 大埔公路南起九龍西部的深水埗，繞經新界東主要地區（沙田、大埔），現時止於大埔林村。 過去大埔公路作為新界地區舊環迴公路的東線，終點曾經北至粉嶺，連接西線青山公路組成來往新界全境的交通要道。
車費等級表按巴士路線的車程長短和路線組別，訂明專營巴士公司可收取的最高車費水平。 由於各巴士公司的營運歷史、模式、地區網絡等有所不同，因此其車費等級表亦有所不同。 而專營巴士公司在釐定個別路線的收費時，除參照車費等級表外，亦會考慮實際情況，包括每條路線的營運環境，以及其他相近公共交通服務的收費等因素。 任何人士擬反對該項工程或使用，或同時反對兩者，必須於二○一五年十月十三日或以前把反對書送達香港添馬添美道二號政府總部東翼二十二樓運輸及房屋局局長辦公室。 工程範圍內有351棵樹，當局估計87棵可保留，包括三棵古樹名木，分別是兩棵重陽木、一棵榕樹。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 沙田對外鐵路、路面交通接近飽和
原本約5分鐘的車程，有時需要15分鐘或更久才可完成，如果每日都要這樣等待，相信「有苦自己知」。 全長17公里的沙田至中環線（沙中線）取道東南九龍，是一條連接大圍至中環的新鐵路線。 沙中線為一條全港策略性鐵路，連接多條現有和未來的鐵路線，工程完成後會形成兩條策略性鐵路走廊，分別是「東西走廊」（或稱為屯馬線）和「南北走廊」。 沙中線有十個車站，分別是大圍站、顯徑站、鑽石山站、啟德站、宋皇臺站、土瓜灣站、何文田站、紅磡站、會展站和金鐘站。
然而，現時不少沙田區居民都對馬料水填海有極大保留，認為馬料水填海會影響當區的環境、惡化交通問題。 土地供應專責小組主席黃遠輝出席活動時，也多次遇到馬鞍山居民抗議。 在二零一五年十二月，艾奕康顧問公司獲聘就此項目工程計劃展開詳細設計工作，而設計工作已於二零一七年十二月完成。 另外，現時位於大窩東支路旁、位於塘坑東村附近的加德士油站，於官方網站上的地址為「大埔公路九龍坑段」。 耗資三千五百萬元的第一期擴闊工程於1986年4月動工，至1989年1月20日通車。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 沙田至大窩坪段改善工程
隨著新界東人口不斷增加，繁忙時段區內及對外的交通擠塞問題嚴重。 （一）為改善新界東往返市區的交通，政府已展開大埔公路（沙田段）的道路擴闊工程，將介乎沙田廣場近沙田鄉事會路至禾輋邨民和樓近火炭路之間一段長約1.1公里的大埔公路，由雙程雙線行車道擴闊為雙程三線行車道。 工程完成後，將有助分流獅子山隧道和大老山隧道的車流至尖山隧道及沙田嶺隧道。 土木工程拓展署新界東拓展處建議擴闊大埔公路(沙田段)，由火炭(近禾輋邨民和樓)至沙田鄉事會路(近沙田新城巿廣場)約1.1公里長的道路，由雙線雙程分隔道路擴至3線雙程分隔道；並加設隔音屏障或半密封式隔音罩，紓減交通噪音對附近居民的影響。 土木工程拓展署將於下月展開有關工程的第2階段公眾諮詢，下月3日向沙田區議會交通及運輸委員會簡介工程內容。
第二期工程介乎大窩坪交匯處至九龍水塘，1986年12月動工，耗資三千七百萬元。 所以，整個沙田區對外交通負荷本身已相當重，如果在這裡再多加幾萬人口，現有的交通擠塞問題相信火上加油。 社會上現時流行一種批評聲音，指馬鞍山居民本身可以面對沙田海的「無敵海景」，要是日後填完海，該處會變成狹窄得多、要對著一排樓宇的「無敵河景」，影響景觀以至樓價，因此「阻礙發展」。 大埔公路有使用「大埔公路××咪」作為地址標示，當中「咪」是英里的英文「mile」之音譯，代表該處與尖沙咀碼頭（經彌敦道）的距離。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 三條隧道兩條塞 吐露港公路「出名」塞車
如計劃獲得區議會的支持，政府計劃於2023年下半年就相關工程進行刊憲。 時至今日，大部分新界東來往九龍的路面交通仍需途經沙田段，縱使該段已擴建為近代快速公路，但經常出現嚴重交通擠塞。 而其他路段隨著沿途各區的新快速公路及行車隧道（包括獅子山隧道、尖山隧道及沙田嶺隧道、吐露港公路等）相繼落成，其作為區域幹道的重要性才大大減低。 踏入2010年代，政府亦有計劃繼續改善大埔公路沙田段以應付增長的車流。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 另外在來往九龍和新界東的第一、二、五類危險品車輛不得行經行車隧道而必須使用大埔公路往來。
- 而其他路段隨著沿途各區的新快速公路及行車隧道（包括獅子山隧道、尖山隧道及沙田嶺隧道、吐露港公路等）相繼落成，其作為區域幹道的重要性才大大減低。
- 沙田段連接大埔公路－馬料水段及大埔公路－大圍段，亦是兩條香港主要幹線的交界處，八號幹線東面盡頭接近沙田段南面盡頭，而一號幹線北面盡頭則在大埔公路與沙田路交界處。
- 短期措施方面，土木工程拓展署已在 2015年於大埔公路(沙田段)通往八號幹線的引道(近蔚景園)新增一條行車線，以吸引駕駛人士使用八號幹線,改善八號幹線的引道及附近一帶的交通。
- （二）（i）及（ii）土木工程拓展署正就興建T4號主幹路進行勘查研究。
- 新發展區也毗鄰設施完善的單車徑，南通大圍，北達大埔，現有的白石角海濱長廊也可與填海區接通。
興建城門隧道公路後，大圍段北行不能左轉至沙田段，需經松嶺路的支路天橋。 由沙田或大埔前往大圍的車輛，必須改經青沙公路或沙田正街（即沙田鄉事會路、源禾路和担杆莆街前往）。 2016年7月，政府提出擴建大埔公路沙田段，將近沙田鄉事會路至禾輋邨一段長約1.1公里道路，從雙程雙線分隔行車道擴闊至雙程三線分隔行車道，安裝隔音屏障，並改建其與沙田鄉事會路的交匯處，以應付日益增長的車流量，工程造價約27.4億元。 2018年1月政府擬向立法會申請撥款8.5億元，為兩段大埔公路沙田段，包括蔚景園至連城廣場，以及禾輋邨至火炭路加建隔音屏障和隔音罩，指出工程完成後可減少噪音1至5分貝，有2147多戶居民受惠。 興建中的主要道路工程包括將軍澳—藍田隧道、將軍澳跨灣連接路、中九龍幹線、大埔公路（沙田段）擴闊工程、T2主幹路及茶果嶺隧道、蓮麻坑路西段（平原河至坪輋路）擴闊工程、青山公路青山灣段擴闊工程以及粉嶺繞道（東段）。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 九龍
得到立法會財務委員會於2018年5月批准撥款，該段大埔公路（沙田段）擴闊工程已經展開，並爭取在2023年下半年完成，以紓緩該路段交通擠塞問題。 此外，為紓緩大老山隧道的交通擠塞，運輸署已於繁忙時間在隧道範圍實施交通管理措施，當中包括於往九龍方向近收費亭的左一及左二線之間放置臨時交通筒，防止其他車輛阻礙巴士駛入巴士轉乘站，以及由隧道管理公司安排職員在巴士轉乘站的出口指揮交通等。 另一方面，為讓巴士轉乘站的使用更為暢順，運輸署正安排路政署擴闊該巴士轉乘站的入口，減少因巴士等候入站而導致隧道擠塞的情況。
短期措施方面，土木工程拓展署已在 2015年於大埔公路(沙田段)通往八號幹線的引道(近蔚景園)新增一條行車線，以吸引駕駛人士使用八號幹線,改善八號幹線的引道及附近一帶的交通。 同時，運輸署亦安排路政署擴闊大老山隧道的巴士轉乘站入口，以減少巴士等候入站而導致隧道擠塞的情況，料相關工程今年底完成。 踏入八十年代，獅子山隧道交通擠塞情況愈趨嚴重，當局落實興建大老山隧道的同時，亦於1987年12月決定進行大埔公路改善工程，介乎沙田至大窩坪交匯處的5公里長路段由兩條行車綫增至三條，一條線往新界及兩條線往九龍，以增加其交通容量。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 政府擬建逾萬單位 容納3.41萬人口
大埔公路（沙田段）擴闊工程籌劃多年，在去年10月公布的施政報告也有提及。 運輸及房屋局最新建議，提升為甲級工程，把介乎沙田廣場至禾輋邨之間一段長約1.1公里的大埔公路，從雙程雙線行車，擴闊為雙程三線行車。 為配合工程，當局打算改建兩條橫跨大埔公路的行人天橋，以及沙田鄉事會路交匯處的單車徑、行人路，並增設升降機。 在荃灣路全綫通車後，進入屯門的車輛可經荃灣路至屯門公路，並只需要兩分鐘，而無需取道青山公路，經過荃灣市中心。
香港土木工程拓展署有名為「荃灣繞道、擴闊荃青交匯處與葵青交匯處一段荃灣路、以及相關路口改善工程」的擴建荃灣路的工程計劃。 相關工程牽涉荃灣路的其中2.8公里的路段，預算耗資47億元。 工程包括把介乎沙田廣場近沙田鄉事會路至禾輋邨民和樓近火炭路之間一段長約1.1公里的大埔公路（沙田段）由雙程雙線分隔行車道擴闊至雙程三線分隔行車道，改建現有沙田鄉事會路交匯處及兩條現有行人天橋，安裝隔音屏障，設立交通管制與監察系統及其他相關工程。 大埔公路（沙田段）是一條重要的主要幹路，把新界東北與西九龍(經青沙公路)和荃灣(經城門隧道) 連接。 為應付交通需求，我們需要把介乎沙田廣場近沙田鄉事會路與禾輋邨民和樓近火炭路之間一段長約 1.1 公里的大埔公路(沙田段)，從雙程雙線分隔行車道擴闊至雙程三線分隔行車道。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 大埔公路沙田段擬擴闊 料加建隔音屏減噪音
（三）（ii）政府將繼續按照「一地多用」的原則，在合適的「政府、機構或社區」設施及公共休憩用地發展項目中加設公眾泊車位。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 大埔公路(沙田段)擴闊工程 以沙田區而言，政府計劃在「馬鞍山第103區綜合設施大樓」工程項目中加設公眾停車場，涉及約400個泊車位。 至於馬鞍山運動場現址，視乎技術可行性，政府亦會在日後重建或發展有關用地時，積極考慮提供適量的公眾泊車位。
往返沙田市中心及吐露港公路與城門隧道的車輛甚多，不少九巴城隧路線也途經沙田段，而所有往返大埔及沙田的專營巴士也須途經沙田段，交通相當繁忙。 不過工程影響264棵樹須砍伐或移植，87棵樹保留，包括三棵古樹名木。 中期改善措施方面，土木工程拓展署已計劃把沙田廣場近沙田鄉事會路至禾輋邨民和樓之 間一段長約 1.1 公里的大埔公路(沙田段)，由雙程雙線行車道擴闊為雙程三線行車道。 有關工程項目的詳細設計及前期準備工作已接近完成，該署會爭取在本立法年度內就工程取得撥款，以期盡快開展工程。 運輸及房屋局局長陳帆以書面回覆立法會議員何啟明提問時表示，在平日早上及傍晚繁忙時段，大老山隧道和獅隧會出現擠塞情況；而尖山及沙田嶺隧道則尚有剩餘容車量。 政府一直探討不同的交通改善措施，以期將大老山隧道及獅隧的部分交通分流至尖山及沙田嶺隧道。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 行車方向
（二）（i）及（ii）土木工程拓展署正就興建T4號主幹路進行勘查研究。 T4號主幹路將會提供一條雙程雙線分隔行車道，連接沙田路及城門隧道公路／青沙公路，使車輛可直接往來馬鞍山及荃灣／西九龍，而不需要經過沙田區內的道路，以進一步改善區內交通。 隨後，土木工程拓展署會為工程項目進行相關的法定程序及設計工作，並於完成上述工作後，就項目向立法會申請撥款。
大埔公路(沙田段)擴闊工程: 工程進度相片
土木工程拓展署就工程方案進行初步諮詢後決定優化有關道路設計方案，大埔公路行車路線及與沙田鄉事會路交界處安排大致保持不變，但會在該處增設兩部升降機，方便巿民使用天橋橫過大埔公路。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 為免增設隔音設施，對沙田巿中心景觀及視線造成影響，工程會盡量降低隔音屏罩高度，不同路段會採用不同的噪音緩解設施，如半密封隔音罩或隔音屏障。 大埔公路(沙田段)擴闊工程 大埔公路沙田段，則現時正在進行擴闊工程，將沙田廣場至禾輋邨民和樓近火炭路一帶的道路，由雙程雙線分隔行車道擴闊至雙程三線分隔行車道，預料最快2023年完成，成效有待觀察。 2013年，有消息指土木工程拓展署計劃徵用祈德尊新邨的土地建造多條15米高橋墩，並因土木工程拓展署事前並無諮詢居民，而引來祈德尊新邨的業主及租戶的反對。 祈德尊新邨業主立案法團更就工程計劃發起簽名運動抗議，並在邨內貼上反對標語，及在2013年6月29日自祈德尊新邨遊行至附近的社區會堂。 後來，土木工程拓展署在比較2012年及2006年行車流量統計數字後，發現荃灣路自海興路迴旋處至屯門公路的路段的行車流量在該6年間減少約25%，而自德士古道出口至海興路迴旋處及自葵青交匯處至德士古道出口的路段的行車流量在該6年間亦減少約15%至16%。