Tennessee và Virginia

Xa lộ Liên tiểu bang 81 bắt đầu trong tiểu bang Tennessee tại Xa lộ Liên tiểu bang 40 trong thành phố Dandridge. I-81 chạy song song Dãy núi Appalachia trong phần lớn đoạn đường của nó qua tiểu bang Tennessee và tiểu bang Virginia, phục vụ các thành phố như thành phố đôi Bristol, Tennessee/Bristol, Virginia, Roanoke, Blacksburg, Lexington, Staunton, Harrisonburg, và Winchester. Tại Harrisonburg, I-81 chạy cắt ngang Đại học James Madison. Nó chạy song song với con đường đồng nhiệm củ hơn là Quốc lộ Hoa Kỳ 11 trên toàn tuyến đường tại Virginia.

Ở mốc dặm 8, I-81 gặp nửa đường phía đông của Quốc lộ Hoa Kỳ 25: Quốc lộ Hoa Kỳ 25E ở phía nam của Morristown. I-81 không đi qua Johnson City hay Kingsport; nhưng tại mốc dặm 57, I-81 gặp Xa lộ Liên tiểu bang 26 và Quốc lộ Hoa Kỳ 23 là hai xa lộ đi đến Kingsport và Johnson City. Tại mốc dặm 75, I-81 rời tiểu bnag Tennessee và vào thịnh vượng chung Virginia.

Tiểu bang Virginia đề xuất mở rộng toàn đoạn đường của I-81 đi qua địa phận của mình lên ít nhất là 3 hoặc 4 làn mỗi chiều để phục vụ sự gia tăng giao thông bằng xe tải và cũng đề xưất việc thu phí đối với xe không phải xe cá nhân hay xe không chở khách. Một số đoạn đường mới của I-81 trong tiểu bang Virginia có thể hoàn toàn tách biệt giữa xe cá nhân, hay chở khách với xe tải.[5]

West Virginia và Maryland

Xa lộ Liên tiểu bang 81 đi vào vùng cán chảo phía đông của tiểu bang Tây Virginia, phục vụ thành phố Martinsburg. Sau đó nó đi vào tiểu bang Maryland tại một trong những điểm hẹp nhất của nó, đi qua thành phố Hagerstown là nơi nó giao cắt với một số lớn các xa lộ khác.

Pennsylvania

Xa lộ Liên tiểu bang 81 hình thành một hành lang xa lộ bắc–nam chính yếu đi qua tiểu bang Pennsylvania, phục vụ các đô thị tự quản Chambersburg và Carlisle là nơi nó gặp Xa lộ thu phí Pennsylvania (I-76) nhưng không trực tiếp liên đổi đường với xa lộ thu phí (người lái xe phải dùng Quốc lộ Hoa Kỳ 11 để kết nối). Quanh thu phủ tiểu bang là Harrisburg, xa lộ hình thành đoạn đông bắc của Xa lộ vành đai Thủ phủ của tiểu bang Pennsylvania. Sau đó xa lộ đi hướng đông bắc về Thung lũng Wyoming, nơi nó phục vụ các thành phố Wilkes-Barre và Scranton, sau đó đi hướng bắc qua vùng Dãy núi Endless về phía ranh giới tiểu bang.

Tiểu bang New York

Xa lộ Liên tiểu bang 81 vào tiểu bang New York gần Binghamton. Nó đi song song Quốc lộ Hoa Kỳ 11 theo hướng bắc–nam qua phần lớn tiểu bang, phục vụ các thành phố Syracuse (nơi nó giao cắt Xa lộ cao tốc Tiểu bang New York), và thành phố Watertown. Xa lộ kết thúc tại biên giới Canada tại Cầu Thousand Islands, nơi nó vượt Sông Saint Lawrence, tiếp tục trong vai trò một xa lộ kết nối ngắn có tên là Xa lộ Ontario 137 đi cắt ngang qua Xa lộ Công viên Thousand Islands trước khi kết thúc tại Xa lộ Ontario 401.