Lillebæltsbroens overbygning hviler på lejer på landpillerne samt fire faste og fire bevægelige stållejer på strømpillerne, der bærer den 825 meter lange konstruktion. Den er udført som en cantileverbro, dvs. en selvbærende konstruktion. På hver strømpille blev der lavet en svær gitterkonstruktion ud fra den ene side med en arbejdsplatform på 30 meter. Her blev det første fag af gitterkonstruktionen bygget, hvorefter der blev bygget det tilsvarende fag på den anden side for at skabe ligevægt på pillen. Derefter blev stang efter stang føjet sammen, indtil udbygningen fra to piller stødte sammen. Til montering blev der anvendt store kraner, som kørte på den færdige brokonstruktion.
Tilbuddet på stålkonstruktionen var udarbejdet af Monberg & Thorsen i samarbejde med de tyske firmaer Krupp, Rheinhausen, og Louis Eilers, Hannover, og selve arbejdet med ståloverbygningen blev ledet af de to tyske samarbejdspartnere.
De første ståldele ankom til byggeriet i januar 1932. Stålkonstruktionen blev udvalset hos Krupp, Rheinhausen, der borede alle 2 millioner nittehuller og prøvesamlede alle dele, inden udskibningen til Fyn.
Skibene blev losset på Fynssiden, på den nyanlagte arbejdsplads "Krupps Plads", hvor stålet blev sandblæst, grundet og malet 4 gange. Denne del af underentreprisen var gået til den lokale malermester Albert N. Hansen, Middelfart. Derefter blev delene sejlet ud på Lillebælt og hejst op. Monteringshold samlede delene med bolte og dorne, hvorefter det hele blev sammennittet.
Det var før svejsning blev brugt til større konstruktioner, så alt stål skulle nittes sammen. Der blev anvendt mere end 2 mio. nitter. Nitterne blev varmet rødglødende i en esse og herefter anbragt i et hul. Der blev så med nittehammeren formet et hoved på den. Det krævede et sjak på tre mand: naglevarmeren holdt nitten, forholderen sørgede for modholdet, mens nitteren med tryklufthammeren udførte selve nitningen, så også hans side af nitten fik et flot, buet og elegant hoved. Der var beskæftiget i alt 77 nittere på broen.
Når stålbjælkerne mødtes midt i en broåbning, blev brostykkerne justeret. Når ståloverbygningen blev afsluttet ved landpillen, blev delene med hydrauliske presser løftet på plads i endelig stilling. Øverste chef for dette arbejde var tyskeren, overingeniør Johann Stützer. Når den tyske Østersøflådes krigsskibe passerede brolinien, råbte Johann Stützer: ”Sieg Heil” til dem fra ståloverbygningen.
Spændingerne mellem de 160 arbejdere og overingeniøren førte flere gange til arbejdsnedlæggelse. Kulminationen kom i januar 1934, hvor Stützer anmeldte arbejderne til Statspolitiet i Middelfart for antinazistisk anslag: Et bræt på 2 meter var faldet i bæltet, mens et tysk krigsskib passerede. Uheld eller bevidst handling? Intet kunne i hvert fald bevises. Det vakte også harme i Danmark, at tysk presse kaldte Lillebæltsbrobyggeriet for ”helt igennem tysk arbejde”, og der var mishag over, at Krupp i november 1934 kun inviterede tyske gæster til at fejre den dag, da ståloverbygningen nåede fra kyst til kyst.
