1965年初，中共上海市委根据战备要求基于多年规划论证与试验工程的成功，将黄浦江越江隧道列入重点战备工程建设项目。4月，选定隧址为浦西打浦路、浦东耀华路一线。6月，以扩大试验工程名义组织开工，工程代号651。中共上海市委同时向中共中央申请立项。
1966年3月8日，国务院批准工程列入国家第三个五年计划重点建设项目。在中共上海市委隧道工程领导小组领导下，由全国及上海市几十家单位大协作，边设计、边试验、边施工。
1967年6月，受“文化大革命”干扰停工，至1968年2月,恢复正常施工。1970年9月，建成全长2736米的打浦路隧道。工程设计概算9498.4万元，工程竣工决算为8357.9万元。
江中段圆形隧道不附加气压盾构全闭胸施工法、矩形隧道连续沉井施工法、装配式钢筋混凝土管片和长隧道等量通风试验研究等4项科研成果，荣获1978年全国科学大会奖。
1971年6月起，隧道逐步开放运营，车流量逐年递增。
整个工程因受“文化大革命”干扰和缺乏经验等影响，存在的缺陷也日益显见。1977年,实施部分改善。1988年起，进行大修，增添现代化管理设施。
