El Camino Real de Valencia fue uno de los cuatro itinerarios principales contemplados en el Real Decreto de 10 de junio de 1761. Efectuados los primeros reconocimientos, y habida cuenta de la facilidad que ofrecía el trazado por La Mancha, el itinerario finalmente aprobado discurrió, siguiendo el Camino Real de Andalucía hasta la localidad de Ocaña, por La Roda, Albacete y los Altos de Almansa. 

Simultáneamente a las obras del Camino Real, el marqués de Vanmarcke, subdelegado del superintendente general de Correos y Postas, propuso, en 1776, la habilitación del itinerario, más directo, que discurría por Arganda y Tarancón en Madrid, Saelices y Motilla del Palancar en Cuenca, y Utiel y Requena en Valencia. Era la ruta seguida por la posta, y ahorraba 10 leguas respecto al Camino Real. 

La respuesta a aquella y otras demandas similares no fue efectiva hasta 1825, cuando Fernando VII dio por buena la solicitud presentada por Luis Alejandro de Bassecourt, Capitán General de Valencia. El reconocimiento y proyecto de la carretera recayó en Pedro Cortijo, y en 1834 el Gobierno aprobó el trazado por Saelices, La Almarcha, Honrubia, Motilla del Palancar y VillargordoLas obras avanzaron a buen ritmo, y mediando la década de los años cuarenta la carretera estaba prácticamente concluida entre Madrid y Saelices y Requena y Valencia.

El proyecto de la sección de Saelices a Requena fue encomendado a Lucio del Valle, y quedó aprobado en 1845. En el tramo, que quedó habilitado en 1851, el trazado discurría por Olivares, Valverde, Hontecillas, Buenache y Olmedilla. La orografía no presentaba dificultades, y el trazado pudo resolverse mediante alineaciones rectas de hasta más de 4 km y curvas de radio suficiente para el tránsito de vehículos. El puente sobre el río Júcar, cuya construcción había presentado ya graves problemas de cimentación, quedó destruido en 1860 por causa de una fuerte avenida. En su lugar, y con intención inicialmente provisional, Domingo Cardenal dispuso un puente de madera. 

El tramo no sufrió mayores alteraciones a lo largo de la segunda mitad del siglo XIX, y en 1926 la carretera de primer orden de Madrid a Castellón por Valencia se incorporó al Circuito Nacional de Firmes Especiales. Además de la mejora del firme, el tramo fue señalizado y se construyó una travesía exterior para resolver el paso por Olmedilla de Alarcón. En 1932, el antiguo puente de madera sobre el Júcar fue sustituido por un puente arco de hormigón armado que siguió los modelos establecidos en la colección de puentes para carretera elaborada por José Eugenio Ribera y aprobada en 1923.

Finalizada la Guerra Civil, y atendiendo al cambio en el sistema de nomenclatura de la red dispuesto en el Plan de Caminos 1939/1941, la carretera pasó a denominarse Nacional III. Quedó después incluida en los itinerarios que conformaron el Plan de Modernización, y precisamente en la década de los años cincuenta, el proyecto y construcción del embalse de Alarcón, que anegaría el tramo en las partes correspondientes a los pasos del río Júcar y el río Gritos, planteó la necesidad de proyectar un nuevo trazado entre Valverde de Júcar y Motilla del Palancar. La presa entró en servicio en 1955, y la Nacional III pasó a discurrir por La Hinojosa, La Almarcha, Honrubia y la coronación de la presa. El tramo se asignó a la red provincial, y tras el traspaso de transferencias a las comunidades autónomas en la década de los años ochenta quedó incorporado a la red de la Comunidad de Castilla-La Mancha.