一九六三年至一九六五年，地質部主要是在油田勘探區外圍做發現新油田的工作，先後在冀中坳陷的風和營、任丘、蠡縣以及山東沾化、臨邑等構造和地區，發現油氣流和含油層，證實上述地區均具有較好含油遠景。
華北盆地是繼鬆遼油區突破之後的又一個含油區，它進一步豐富了陸相沉積為主的盆地或坳陷，可以形成大油田的地質理論。
一九五五年，地質部一一二物探隊開始了遼寧省下遼河盆地的石油普查工作，後由遼寧省地質局石油隊繼續工作。一九六三年至一九六四年，改由地質部第二普查勘探大隊和第二物探大隊進行勘查工作，先後發現了油燕溝、田莊台、黃金帶、熱河台等一批構造，同時劃分了構造單元，評價了含油遠景，並在黃金帶構造的遼1井下第三係中鑽遇含油砂岩，肯定了找油前景。一九六五年至一九六六年，先後有10口井見含油顯示，6口井獲工業油氣流。在熱河台構造上的遼6井獲高產氣井。這些發現說明下遼河盆地，是華北盆地向北延伸的一個重要含油氣區。一九六七年後石油工業部開始在該盆地進行油田勘探，並命名為“遼河油田”。
繼華北地區工作之後，地質部油氣普查勘探的主力隨即轉到四川、鄂爾多斯和江漢盆地。江漢盆地的石油勘查工作始於一九五八年，由地質部江漢石油隊（後改稱第五普查勘探大隊）和中原物探大隊協同進行。一九六一年，地質部在潛江凹陷王場構造的鑽井中發現淺油層。到一九六五年已完成潛江凹陷北部的區域普查和構造詳查，發現了4個小油田。同年五月在王場構造的王2井鑽獲工業油流；一九六六年，在王場構造的潛深4井獲高產工業油流，潛深5井日產原油高達千噸以上，從而又發現了一個新油區。隨後石油工業部開始了江漢盆地的石油勘探會戰。一九七一年八月，石油工業部發現南陽油田。江漢、南陽兩油田的發現，為建立中國中南地區第一個油氣開發基地，提供了資源。
一九五五年至一九六六年的十二年間，在中國經濟和交通運輸較發達的東部，連續發現鬆遼—華北（渤海灣）—江漢等幾個大油區，證實了中國地質學家關於中國東部幾個大型沉積盆地，具有含油遠景的科學論斷，為中國石油工業的發展奠定了基礎。
四川盆地是中國最早發現和開發天然氣的地區。一九五二年燃料工業部即開展了四川盆地的油氣勘探工作。一九五五年，地質部組建五一九隊（後擴建為“四川石油普查大隊”），與石油部門相互配合，共同進行油氣勘查工作。一九五六年地質部在川南廣福坪、荔枝灘構造獲侏係氣藏。一九五七年，石油工業部發現並探明川南二疊係、三疊係為區域含氣層係，隨後發現了一係列氣田，從而肯定了川南氣田區。
一九五七年，地質部發現川中龍女寺構造，並於龍4井獲侏係工業油流；接著石油工業部於該構造女2井獲高產油流。一九五八年後，繼續在川中發現一些油藏，形成川中油區，但油田規模不大。
五十年代末、六十年代初，石油工業部在川東、川南、川中等地區又先後發現了一批新的油氣田，特別是一九六四年在威遠大背斜的震旦係燈影組白雲岩中發現大氣田，使四川天然氣儲量大大增加，並開闊了人們找氣的勘查思路。
一九五九年至一九六二年，地質部相應壓縮了在四川的油氣普查工作，主要從事綜合研究和《四川盆地石油天然氣地質圖集》的編製工作。《圖集》集中反映了四川油氣勘查的成果。
為加強內地建設，一九六四年底地質部決定把原在鬆遼盆地工作的第二普查勘探大隊和第二物探大隊全部調入四川，再次加強四川的油氣勘查工作，並選定在川中、川東北和川西北（指盆地西北部龍門山前）三個地區開展普查。
對中國另一個發現石油最早的地區——鄂爾多斯盆地，燃料工業部石油管理總局從一九五○年起即已開始進行石油地質勘查；地質部從一九五五年也在該區六盤山和東勝等地開展工作。當時，組建了鄂爾多斯石油普查大隊（後改為第三普查勘探大隊），主要是進行地質普查和構造詳查、細測和部分鑽探工作。一九六○年，石油工業部在盆地西緣的馬家灘、於家梁、李莊子等構造分別在延長組和延安群中獲工業油流，取得了有意義的突破。以後又在西緣大水坑、馬坊等地於延安群獲工業油流，從而形成盆地西緣第一個油田。
一九六一年，地質部第三物探大隊與第三普查勘探大隊，相互配合，直到一九六五年，基本完成了盆地大部地區的區域普查，查明了延長組和侏係的油氣分布範圍，並在吳旗的吳參井中發現侏係延安群良好含油層。但由於缺乏井下及試油工程手段，推遲了五年才被發現。一九六六年，主要力量轉移到汾渭盆地、河套盆地工作。而在鄂爾多斯盆地主要是進行研究工作。
（三）第三階段（一九六七年——一九七六年）。
按照中共中央關於加強內地建設的戰略部署，地質部門的石油普查勘探重點轉向四川、鄂爾多斯盆地，同時在沿海地區的蘇北和廣東等地繼續進行普查工作。在此期間，地質部在廣東三水盆地發現了寶月等小油田，同時首次發現高產的二氧化碳氣田。
十年動亂，四川盆地的油氣勘查工作因多種幹擾，進展遲緩。但一九七一年底終於在川西北地區中壩構造川19井的三疊係須家河組和雷口坡組中獲高產油氣流。一九七五年在川東福成寨構造獲嘉陵江組工業氣藏。
中壩油氣田的發現是第二普查勘探大隊和第二物探大隊廣大職工冒風險、抗幹擾，堅持找油找氣，幾經周折之後取得的。尤其是3205井隊的工人和領導敢於用3200型（五德—59型）鑽機，超深鑽進到3700餘米，對發現中壩油氣藏起到了關鍵作用。中壩的發現，打開了川西北油氣勘查的新領域，證實龍門山前帶具有油氣勘探的遠景，結束了長期以來川西北地區無油氣田的局麵。
一九六八年，汾渭盆地和河套盆地的普查工作，因無重要發現而結束。經反複討論，地質部決定重返鄂爾多斯並進入盆地腹地——隴東慶陽地區勘查。一九七○年八月首次在隴東慶陽（慶參井）和華池（華參2井）的延長組和延安組發現工業油流。其後，隨即開展了以石油工業部為主的長慶石油會戰。
一九七一年初，國家計委地質局又在吳旗，石油工業部在馬嶺、華池等地獲高產油流，遂形成以馬嶺為中心的長慶油田。在繼續勘探中，又在盆地兩緣發現上古生界氣藏，擴大了鄂爾多斯盆地的油氣勘探領域。
華東地區能源缺乏，地質部從六十年代起，以蘇北第三紀坳陷為勘查重點，屢有新的收獲。一九七○年，為加強和加速蘇北的油氣勘查，地質部決定調原在江漢盆地工作的第五普查勘探大隊和第四物探大隊到江蘇，與原在那裏工作的第六普查勘探大隊和第六物探大隊共同開展工作。同年八月首先在泰興溱潼凹陷的蘇20井於第三係戴南組獲工業油流，打開了十四年來找油的膠著局麵。一九七四年十一月，高郵凹陷真武構造獲工業油流（蘇58井），接著，金湖凹陷劉莊構造又獲高產工業氣流，從而肯定了溱潼、高郵、金湖三個凹陷具有良好勘探前景。到一九七六年止，共找到26個油氣田，雖多為斷塊型岩性中小油田，但為建設江蘇的石油工業奠定了基礎。
在此期間，華北、柴達木、塔裏木盆地油氣勘查工作，也有新的成果。七十年代初，石油工業部在華北盆地義和莊構造，於沾11井，打開了下古生界潛山型高產油藏。一九七三年，河北省地質局在冀中坳陷任丘構造的冀門1井，發現元古界薊縣係霧迷山組矽化白雲質灰岩含油層，但未進行試油。石油工業部在該井附近另鑽任4井，一舉在霧迷山組中獲日產3000噸的高產油流，又一個碳酸鹽岩潛山型油藏被發現，從而開始了華北盆地找油新的領域。任丘油田的發現，是中國石油儲量繼大慶、勝利油田之後，又一個增長的高峰。
一九七五年石油工業部在東明坳陷發現文留、衛城油氣藏。國家計委地質局於一九七五年組成第二石油普查勘探指揮部（後改稱華北石油地質局），繼而在東明坳陷發現了橋口、白廟、張河溝等油氣田。東明坳陷的突破和勘探開發，為建設中原油田奠定了資源基礎。至此，華北盆地隴海鐵路以北的幾個坳陷包括遼河、濟陽、黃驊、冀中、東明和渤海海域，均已發現了重要油田，形成了“渤海灣含油氣區”。
在這期間，新疆和柴達木的石油普查有了新的進展。一九六九年，地質部石油地質綜合大隊西北隊深入到塔裏木盆地開展調查研究工作，一九七○年提交了《塔裏木中新生代盆地含油氣遠景初步認識》的報告，對當時石油勘探由庫車轉向西南坳陷區的決策，以及後來柯克亞油田的發現，起有積極的作用。一九七○年到一九七三年，石油部在柴達木盆地西部發現了花土溝油田，並對冷湖、獅子溝、油砂山二級構造帶作了深入的研究和勘探。
（四）第四階段（一九七七——一九八五年）。
一九七六年以後，中國的石油地質事業進入新的發展時期。一九七九年地質部決定把能源地質工作放在重要位置，加強找油氣力量。八十年代初期，隨著經濟恢複與調整，特別是實行改革開放政策以來，地質部根據當時經濟建設發展的形勢與任務，結合油氣地質工作程度的實際情況，提出開展以新領域、新類型、新地區、新深度為主要內容的第二輪油氣普查工作。在短暫的八年時間裏，尤其是在第六個五年計劃期間，中國油氣普查勘探再次取得了重大進展。
一九七七年五月石油工業部根據新疆地質局地質二隊在塔裏木盆地西南坳陷的玉力群背斜鑽遇大量油流的線索，在南疆發現了中新統柯克亞高產油氣田。
一九七七年秋，國家地質總局石油地質綜合大隊提出了在塔裏木盆地進行石油普查的設計方案。
一九八○年底，地質部新疆石油普查勘探指揮部（後改名為地礦部西北石油地質局）成立，將油氣勘探的重點從盆地西部轉移到盆地東北的沙雅隆起一帶。一九八四年九月二十二日，6008井隊在該隆起的雅克拉構造上的沙參2井，於5363—5391米井段的奧陶係海相白雲岩層中噴出高壓高產油氣流。這是繼發現柯克亞油田後在塔裏木盆地的又一突破，是地質部在全國開展第二輪石油普查以來在陸地上取得的第一個重大找油成果。
石油部在西部地區由於掌握逆掩斷裂帶的勘探方法，證實準噶爾盆地西北緣克——烏斷裂帶是一個大型的逆掩斷裂複式油氣聚集帶，並圈出4個找油領域、5套含油層係和多種油藏類型，在柴達木盆地繼找到尕斯庫勒油田之後又發現了下第三係高產裂縫性油氣藏。在鄂爾多斯盆地北部烏蘭格爾地區，由地質部施工的伊深1井和伊1井試獲天然氣流。東部榆林地區在奧陶係灰岩層中也鑽獲良好的氣顯示。
一九七七年，國家地質總局建立了四川石油普查勘探指揮部（後改稱西南石油地質局）。一九七七年和一九七八年在達縣雷音鋪構造的川17井先後於嘉陵江組和二疊係及石炭係獲工業氣流；一九七七年石油工業部在重慶相國寺構造首次突破中石炭統工業氣藏（白雲岩儲集層），從而擴大了川東和川東北的找氣遠景。
川北的油氣勘查工作，七十年代末由於地質部門和石油工業部先後在八角場、石龍場、九龍山等構造發現油氣田，因之，對該區的油氣評價大為提高。
八十年代以來，地質部和石油工業部在川東北、川東和川西北又有新的氣田發現。
此外，“六五”計劃期間，還在以下地區，取得了重要成果。
一九七九年，地質部重上鬆遼盆地後，在盆地南部經過地震普查，圈出有希望的含油構造25個。其中在梨樹凹陷小五家子構造的鬆南13井首次獲登婁庫組工業氣流。證實鬆遼盆地深部的上侏—下白堊統斷陷型含煤盆地富有找氣前景，打開了鬆遼盆地油氣勘查新領域。