A década de 60 foi um período de muito trabalho e grandes realizações para a indústria nacional de petróleo. Em 1961, a Petrobras alcançou um de seus objetivos principais: a auto-suficiência na produção dos principais derivados, com o início de funcionamento da Refinaria Duque de Caxias (Reduc), no Rio de Janeiro. Ao longo da década, outras unidades entraram em operação: as Refinarias Gabriel Passos (Regap), em Betim, Minas Gerais, e Alberto Pasqualini (Refap), em Canoas, Rio Grande do Sul (1968). A expansão do parque de refino mudou a estrutura das importações radicalmente. Enquanto na época de criação da Petrobras cerca de 98% das compras externas correspondiam a derivados e só 2% a óleo cru, em 1967 o perfil das importações passava a ser 8% de derivados e 92% de petróleo bruto.

Para reduzir o custo das importações, o Governo instituiu, em 1962, o monopólio da importação de petróleo e derivados. Essa medida permitiu que a Petrobras realizasse negociações que resultaram em grande economia de divisas para o país, nos anos seguintes.

Dois importantes marcos de produção foram alcançados nos anos 60: os 100 mil barris diários de produção, em 1962 , e a primeira descoberta de petróleo no mar, em 1968. O campo de Guaricema, no litoral de Sergipe, representou um passo importante para que a Petrobras mergulhasse em direção ao futuro sucesso exploratório na atividade offshore.

Outros destaques dos anos 60 foram:

• É iniciada a exploração da plataforma continental, do Maranhão ao Espírito Santo (1961);
• Inaugurado o primeiro posto de abastecimento da Petrobras, em Brasília (1961);
• A Petrobras diversifica suas fontes de suprimento, até então restritas à Arábia Saudita e Venezuela, para oito países (1965);
• É inaugurada a Fábrica de Asfalto de Fortaleza, hoje conhecida como Lubrificantes e Derivados de Petróleo do Nordeste - Lubnor (1966);
• Criado o Centro de Pesquisas e Desenvolvimento (Cenpes), atualmente o maior centro de pesquisas da América Latina (1966);
• É constituída a subsidiária Petrobras Química S.A (Petroquisa), para articular a ação dos setores estatal e privado na implantação da indústria petroquímica no país (1967);
• Começam os levantamentos geofísicos na bacia de Campos, sendo perfurado o primeiro poço submarino (1968).