В 1963 году в Тихвине началось возведение завода «Центролит», объявленного Всесоюзной ударной молодежной стройкой. Через четыре года Тихвинский завод литья и формовочных конструкций «Центролит» был введен в эксплуатацию, став одним из крупнейших предприятий в Европе, а его прессформовочная линия не имела аналогов в мире.
Практически с нуля в Тихвине в 1968 году началось строительство нового завода, на котором изготавливали узлы и детали для трактора «Кировец». Среди других машиностроительных предприятий особое значение имели завод «Гатчинсельмаш», завод «Электроинструмент», завод по производству оборудования для рыбной промышленности в Выборге и другие. Продукция Лужского абразивного завода пользовалась большим спросом в металлургической, станкостроительной и инструментальной промышленности Болгарии, Венгрии Румынии, Кубы, Монголии и др. В декабре 1965 года в Киришах принял первую нефть крупнейший нефтеперерабатывающий завод, положивший начало новой для области отрасли промышленности. Продолжала наращивать объем добыча торфа. Бурно развивалась целлюлозно-бумажная промышленность. В 1963-1968 годах реконструирован Сайменский канал (построен в 1845-1856 годах).
Значительному росту промышленного производства способствовало сложение промышленной специализации районов. Так, Всеволожский и Тосненский районы стали крупнейшими в области поставки строительных материалов. В Гатчинском районе получили развитие машиностроение и металлобработка. Бульдозеры, корчеватели, дождевальные установки, другая техника завода «Гатчинсельмаш» поставлялась не только в разные регионы СССР, но и в социалистические страны, являющиеся членами Совета экономической взаимопомощи.
Появились новые города и поселки. В 1956 году статус города был присвоен Подпорожью, в 1963 — Тосно и Всеволожску.
Сельское хозяйство Ленинградской области также переходило от многоотраслевого к специализированному производству. К концу 1960-х процесс специализации в основном завершился. Гатчинский район, а также Всеволожский, Ломоносовский, Кировский и Тосненский вошли в Пригородную экономическую зону. Развивались молочно-мясное животноводство, птицеводство, овощеводство, картофелеводство, проводи-лась мелиорация земель.
В 1962 году началось телевещание на область из новой телестудии, построенной в Ленинграде на улице Чапыгина.
В это десятилетие границы Гатчинского района продолжали меняться, а вместе с тем менялось административное устройство. Так, по Указу Президиума Верховного Совета РСФСР от 1 февраля 1963 года в связи с реорганизацией советских органов в краях и областях на промышленные и сельские был образован Гатчинский сельский район в составе бывших Гатчинского и Ломоносовского районов. При этом городской Совет Гатчины передан в подчинение Ленинградскому областному (промышленному) Совету депутатов трудящихся.
Но уже в 1965 году в соответствии с указом Президиума Верховного Совета РСФСР «Об изменении в административно-территориальном делении Ленинградской области» Гатчинский сельский район был преобразован в район, из его состава вновь выделен Ломоносовский район.
Институт ядерной физики (ныне ПИЯФ им. Б.П. Константинова НИЦ «Курчатовский институт») становится одним из главных градообразующих предприятий. Гатчина превратилась в город физиков-ядерщиков, поэтому в брежневские годы при тотальном дефиците продуктов и товаров первой необходимости снабжалась продовольствием по первой категории. В 1960-х годах для сотрудников института начинается застройка нового микрорайона Хохлово поле. В Гатчине появились филиалы еще нескольких научно-исследовательских институтов, связанных в основном с оборонными разработками. В двух промышленных зонах в Гатчине разместились опытные производства таких известных оборонных предприятий, как НПО «Ленинец», НПО «Азимут», ЦНИИ «Прометей», НПО «Меридиан» (опытный завод «Красный изобретатель», сокращенно «Кризо»), наращивал потенциал электромеханический завод «Буревестник» и другие предприятия.
В начале 1970-х годов набрал обороты Гатчинский ДСК. Для физиков, а также для работников множества предприятий, расположенных в гатчинской промзоне, строили панельные пятиэтажки. Началась застройка еще двух микрорайонов – Аэродром и Въезд.