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Lorsque la décision de construction avait été prise, la délimitation du tracé était ensuite confiée à des arpenteurs, les agrimenseurs ou mensores. Ces arpenteurs utilisaient quelques instruments éprouvés :

la groma, ancêtre de l’actuelle équerre d’arpenteur était utilisée pour faciliter le tracé des angles droits. Elle est composée de quatre branches et pourvue de cinq fils à plomb qui permettaient de tracer des lignes perpendiculaires à partir d’un point central ;
le chorobate, grande règle (près de 6 m) rigide sur pied et creusée dans sa partie supérieure d’une rainure contenant de l’eau. Elle était utilisée pour le calcul de niveau, permettant de donner une pente régulière dans les zones en relief ;
la dioptre, instrument composé d’un triangle muni d’un fil à plomb. Il servait pour le nivellement de la route.

D’une manière générale, les voies romaines se caractérisent par une grande rectitude. Elles évitent au maximum les zones marécageuses et les abords immédiats des cours d’eau. Lorsqu’il y avait obligation de franchissement, la voie passait sur un gué (petits cours d’eau) ou sur un pont, de bois ou de pierre, dont il reste encore à ce jour de magnifiques exemplaires encore empruntés par le réseau routier actuel. En zone de relief, elles empruntent un tracé à mi-pente, pour des raisons de commodité et de sécurité. De nombreux tracés épousent également les courbes de niveaux, où leurs liaisons pouvaient se faire brusquement, par de fortes pentes.[pas clair] Les voies s’élargissaient dans les virages pour permettre aux chariots, dépourvus d’avant-train, de pivoter au mieux.

Après la prise des mesures, les arpenteurs piquetaient le tracé à l’aide de jalons. Pour terminer la préparation du tracé avaient lieu le débroussaillage et le bûcheronnage.

Le chantier de la voie

Depuis la publication en 1622 du livre de Nicolas Bergier Histoire des grands chemins de l’Empire romain dans lequel est formulée pour la première fois l’hypothèse d’une construction en trois couches des voies romaines, l’idée d’une construction obéissant à un schéma standard partout appliqué a été constamment reprise au cours des siècles jusqu’à ce qu’en 1934 l’archéologue Albert Grenier démontre qu’il ne s’agit que d’une vue de l’esprit (calquée sur ce que l’on sait, grâce aux écrits latins, de la construction du sol et pavage des maisons)1.

Généralement, la construction progressait simultanément en plusieurs tronçons indépendants de distance variable. Ce fait explique les légers changements d’orientation souvent observés. La construction est confiée entre autres aux soldats qui trouvent ainsi une occupation en temps de paix. Les tronçons ainsi réalisés se trouvent à proximité des camps militaires. Les autres tronçons sont construits par les esclaves, les colons des propriétaires riverains et les prisonniers. Contrairement donc à l’idée généralement admise, la voie romaine n’obéit pas à un standard type mais plutôt à un ensemble de tronçons de plus ou moins bonne qualité et plus ou moins bien entretenus.

L’aménagement était différent suivant la topographie du sol (creusement en terrain plat, rehaussement en tranchée-déblai en terrain en relief, remblaiement-soutènement pour les zones en dépression).

Le profil final de la chaussée était bombé, permettant ainsi un écoulement aisé des eaux pluviales vers des fossés de drainage situés de chaque côté. Ces fossés servaient quelquefois comme source de matériaux de remblai pour l’entretien.

La voie étant le privilège des troupes, des chariots et des voitures de transports de personnes, des chemins doublent souvent les voies pour le passage des piétons et cavaliers.