Công việc khảo sát bắt đầu năm 1946, và 25 năm sau vào năm 1971 công trình bắt đầu xây dựng. Vào tháng 8 năm 1982, khoảng 700 m hầm còn lại đã được đào xong. Hai phía của đường hầm gặp nhau vào năm 1983.[6]

Eo biển Tsugaru có hai chỗ hẹp nhất ở phía đông và phía tây với bề rộng khoảng 20 km. Các khảo sát đầu tiên vào năm 1946 cho thấy rằng độ sâu đáy biển ở eo phía đông sâu đến 200 m với địa chất chủ yếu là núi lửa. Eo phía đông có độ sâu tối đa 140 m và địa chất chủ yếu là các đá trầm tích Neogen. Do đó, eo phía tây được chọn để xây dựng đường hầm.[8]

Địa chất bên dưới đáy biển mà phần lớn đường hầm đi qua bao gồm đá núi lửa, đá mảnh vụn, và đá trầm tích tuổi đệ Tam muộn.[3] Khu vực bị uốn nếp tạo thành các nếp lồi gần như dốc đứng, và các đá trẻ nhất nằm ở giữa của eo biển, and encountered last. Địa chất có thể được chia làm 3 phần, phía đảo Honshū gồm các đá núi lửa (như andesit, bazan); phía Hokkaidō gồm các đá trầm tích (tuff, đá bùn đệ Tam); và phần giữa bao gồm địa tầng Kuromatsunai (bột kết tuổi đệ Tam).[9] Các đá xâm nhập và đứt gãy làm các đá bị cà nát nên gây khó khăn cho việc đào hầm.[8]

Khảo sát địa chất ban đầu được thực hiện vào thời gian 1946–1963 bao gồm việc khoan thăm dò dưới đáy biển, khảo sát đáy biển, lấy mẫu đáy biển, khảo sát dùng tàu ngầm nhỏ, và thăm dò từ và địa chấn. Để hiểu rõ hơn điều kiện địa chất, công việc khoan dẫn hướng được thực hiện dọc theo cả hai hầm dịch vụ và hầm dẫn hướng.[8]

Việc đào hầm được tiến hành đồng thời từ cả đầu nam và đầu bắc. Các đoạn trên đất liền được áp dụng các kỹ thuật đào hầm trong núi truyền thống, với chỉ một đường hầm chính.[8] Tuy nhiên, với đoạn ngầm dưới biển dài 23.3 kilômét, ba lỗ khoan được đào với đường kính dần to thêm: một đường hầm dẫn hướng thứ nhất, một đường hầm dịch vụ, và cuối cùng là đường hầm chính. Hầm dịch vụ nối với hầm chính theo từng đoạn bởi các hố kết nối, với khoảng cách 600 tới 1,000 mét.[9] Đường hầm dẫn hướng được dùng làm hầm dịch vụ cho đoạn đoạn 5 kilômét ở trung tâm.[8]

Bên dưới Eo biển Tsugaru, một máy đào hầm (TBM) đã bị bỏ đi sau khi đào chưa tới 2 kilômét vì tính chất biến đổi của đá và sự khó khăn trong việc tiếp cận bề mặt để đổ vữa lỏng phía trước máy đào.[3][8] Sau đó việc đào hầm được tiến hành bằng cách nổ mìn và dùng máy đào.