実際の国道路線の指定にあたっては、まず「重要都市」についての考察がなされ、全国の都道府県庁及び北海道
支庁所在地は全て重要都市に相当するという前提の上で、地域における各都市の重要性や機能面から検討をした結果、81都市が当該重要都市として選定された。また、全国道路線長については、国土係数理論を採用し、一次目標値として1万8700kmを設定したが、路線ごとの重要性や代替性及び補完性、その他全国的な分散度を含めた調整を重ね、9205kmが最終的に路線候補として確定され、これが一級国道の原形となった。ただし、調整作業には政治的な思慮も含まれてしまうことは避けられず、国道路線の指定にあたってその路線個々の背景事情がある程度加わったことは否めない。
一級国道は、1952年(昭和27年)12月に40路線が定められ、1桁又は2桁の路線番号を採番した。
1958年(昭和33年)9月の第二次指定では3路線が、
1962年(昭和37年)5月の第三次指定では16路線が追加路線指定され、最終的には57路線が存在していた(うち第三次指定での16号と25号の2路線は、路線の延長に伴う追加路線指定である)。その後、1965年(昭和40年)4月1日の道路法の改正によって、上記の一級国道、二級国道の区分が廃止されることとなり、現在は一般国道となっている。