其設計:(1)采用圓拱形式，改變了我國大型石橋多為半圓拱的傳統。中國古代石橋的拱多為半圓形，美觀完整，但也有兩個缺陷:壹是交通不便，半圓拱更適合跨度小的橋，而大跨度的橋采用半圓拱會使拱很高，導致橋很陡，行人和汽車過橋不方便。二是施工不利，半圓拱石砌築用的腳手架會很高，增加施工風險。為此，李春和工匠們創造性地采用了圓拱的形式，大大降低了石拱的高度。趙州橋主跨凈跨37.02米，而拱高只有7.25米，拱高跨比約為1:5。這樣就實現了低橋面和大跨度的雙重目的，橋面過渡平順，車輛和行人都很方便，還具有節省材料、施工方便的優點。當然，兩端圓拱對橋基的推力也相應增大，這對橋基的施工提出了更高的要求。
(2)采用開肩。這是李春對拱肩進行的重大改進，將橋梁建設中使用的實肩拱改為開肩拱，即在大拱兩端設置兩個小拱，靠近大拱腳的小拱凈距為3.8米，另壹個拱的凈距為2.8米。這種大拱小拱的開肩拱具有優良的技術性能。首先，可以增加泄洪能力，減少因汛期水量增加而造成的洪水對橋梁的影響。古渭河汛期水勢大，對橋的泄洪能力是個考驗。四個小拱門可以分擔部分洪水。根據計算，四個小拱可以增加水流面積約16%，大大減少洪水對橋梁的影響，提高橋梁的安全性。其次，開肩拱可以節省大量土石方材料，減輕橋梁自重。根據計算，四個小拱可節省石料26立方米，減輕自重70噸，從而減少橋梁對橋臺和橋基的豎向壓力和水平推力，增加橋梁的穩定性。第三，增加了美觀的造型。四個小拱架均衡對稱，大拱架和小拱架構成壹幅完整的畫面，更加輕盈美觀，體現了建築與藝術的完全統壹。第四，根據結構力學理論，開肩拱架結構使橋梁在承載時處於有利狀態，可以減少主拱圈的變形，提高橋梁的承載能力和穩定性。
(3)單孔。在中國古代傳統的建造方法中，壹般長的橋梁往往采用多孔的形式，這樣每孔跨度小，坡度平緩，易於建造。但多孔橋也有缺點，如橋墩多，不利於船只航行，阻礙泄洪；橋墩長期受到水流的沖擊和侵蝕，久而久之很容易坍塌。因此，李春在設計這座橋時，采用了單孔大跨度的形式，河中央不架設橋墩，使得石拱跨度長達37米。這是中國橋梁史上前所未有的創舉。