1972年总厂开始建设，6月成立总厂筹建指挥部。翌年10月，成立中共总厂筹建指挥部党的核心小组，在中共上海市委和上海市革命委员会领导下，对工程建设实行“一元化”领导。总厂二级单位则由各筹建单位和设计、施工单位组成的“三结合”筹建领导小组，按总厂筹建指挥部统一规划分工包建。一期工程投入试生产后，各二级单位的党政领导关系，陆续从各包建局划归总厂，由总厂集中领导，实行总厂、分厂两级管理。

1978年3月和1979年2月，总厂党委和新的行政领导班子先后成立，同时撤销党的核心小组和筹建指挥部，实行党委集体领导下的厂长分工负责制。总厂成为在上海市领导下，业务上受纺织工业部管理的地方国营企业。1979年10月，正式成立上海石油化工总厂地区办事处。1980年6月二期工程投建，成立二期工程指挥部。总厂逐步形成在总厂党委集体领导下的生产、基建、社区生活三大管理系统。

1983年7月，总厂划归中国石化总公司领导，成为中央直属企业。

1985年起实行厂长负责制，总厂开始由化纤生产为主，逐步转向油、化、纤、塑并举，由生产型转向生产经营型，先后成立销供部、联营部、技术开发部。为加强专业化管理，还成立了炼化部、公用事业公司。根据社区发展的需要，地区办事处经过不断调整，建立健全了各级管理机构。基本建设系统成立具有经济实体性质的金山石油化工工程公司，与总厂基建工程指挥部两块牌子、一套班子，健全并理顺了总厂的基建管理。

1988年1月，试行党政职能分开，形成厂长对生产、经营、行政工作全面领导，党委保证监督、职工民主管理的企业管理体制。自中共十三届四中全会后至1992年，总厂党委加强对企业精神文明建设和政治工作的领导，发挥政治核心作用，进一步完善厂长负责制。

经过20年的建设，总厂的各项管理不断完善，业已形成由生产行政、基本建设、地区生活三大系统组成的管理系统，以企业为主、兼办社会的特殊管理模式。1990年，总厂被评为国家二级企业；总厂地区被评为上海市先进城镇。

1992年初，邓小平南方谈话为总厂深化改革指明了方向。是年9月，总厂被国家正式批准为国有大型企业进行股份制规范化试点单位。翌年6月29日，总厂完成了企业改制、重组任务，上海石油化工股份有限公司和中国石化上海金山实业公司正式创立。