A pesar de tratarse de la principal ruta de conexión con Portugal, el Camino de Extremadura no fue contemplado entre los cuatro grandes itinerarios radiales a los que se refirió el Real Decreto de 10 de junio de 1761. El primer intento decidido de transformación del itinerario se produjo como resultado del viaje que realizó a Extremadura el entonces fiscal del Consejo de Castilla, Pedro Rodríguez de Campomanes, en 1778. 

El detallado informe que resultó del viaje reflejó las deficiencias que hacían de la ruta un itinerario incómodo y peligroso, y tuvo respuesta en la redistribución de los fondos destinados a la construcción de los caminos reales del reino. Como en otros casos, la construcción de la carretera resultó extremadamente lenta, y, si al iniciarse el siglo XIX apenas se habían abierto y afirmado unas pocas leguas del Camino, en 1855 todavía había 30 kilómetros en ejecución y 140 por construir. En el tramo, que quedó habilitado poco después, el proyecto siguió, donde el trazado y la orografía lo permitieron, el corredor de la Cañada Real del Puerto de Miravete. Ello permitió aprovechar estructuras preexistentes como el puente de Almaraz, junto al que se construiría una casilla de peones camineros, y el puente merinero de Jaraicejo. El ascenso al puerto se resolvió mediante dos fuertes zigzags y una serie de  alineaciones rectas intermedias a media ladera, y la bajada hacia el río Jaraicejo obligó también a disponer un trazado quebrado con objeto de sortear los reventones de la cañada en el cerro Helechoso. 

El Plan General de Carreteras de 1860 clasificó la de Madrid a Badajoz por Talavera, Trujillo y Mérida entre las de primer orden, y el tramo no sufrió alteraciones hasta que, en 1926,  la carretera se incorporó a los itinerarios del Circuito Nacional de Firmes Especiales. Por lo que respecta al tramo, se extendió un riego superficial, se peraltaron algunas alineaciones curvas de pequeño radio y se instalaron vallas metálicas de contención. Finalizada la Guerra Civil, y tras el cambio en la nomenclatura de la red dispuesto en el Plan de Caminos 1939/1941, la carretera pasó a denominarse Nacional V. 

Ya en la década de los años cincuenta, las obras del Plan de Modernización se tradujeron en la apertura de la variante de Almaraz y en la construcción de rectificaciones que, además de eliminar segmentos afectados por alineaciones curvas de radio insuficiente, mejoraron sustancialmente el paso del río Jaraicejo reconduciendo el trazado por un nuevo viaducto. Posteriormente, y en el marco de las mejoras introducidas por el programa REDIA, se amplió y homogeneizó la calzada y se construyeron, junto con otras de menor entidad, las rectificaciones de trazado de los pasos de la Garganta de La Canaleja y el arroyo Corrinches, afectados por la construcción del embalse Torrejón-Tajo, la variante de El Rodeo, a la altura de la conexión con las Casas de Miravete, y las rectificaciones de los pasos del arroyo Giraldo y el arroyo de La Vid. 

En la década de los años ochenta, la sección de la N-V comprendida entre Navalcarnero y Badajoz hasta la frontera con Portugal quedó incluida en el Programa de Autovías del Plan General de Carreteras 1984/91. El tramo de Almaraz a Jaraicejo, que se construyó de nuevo trazado, entró en servicio en 1995.