Se preveía que en el futuro se construyera un tramo de la autopista Madrid-Córdoba (AP-41) paralelo a la N-502, entre Almadén y Espiel, pero quedó descartado por la posibilidad de ocasionar graves impactos medioambientales.
Entra en la sierra por el Puerto de Menga y desciende al valle del Alberche.
Bordea Arenas de San Pedro por el este y se cruza con la CL-501 al pasar Ramacastañas.
A continuación, se cruza con la autovía A-5 y circunvala Talavera de la Reina por el suroeste.
Entra en Ciudad Real por el municipio de Puebla de Don Rodrigo paralelo a la Cañada Real segoviana, continua pasando por Agudo y por Valdemanco del Esteras, y asciende al Puerto Grande.