中国石油发展的第三个阶段是1960至1987年，中国石油自力更生发展科技，促进油气田大发现阶段。
1959年9月26日，松辽盆地松基3井出油，石油勘探战略东移，进入油气大发现的时期，石油科技也跨入了自主创新、快速发展的新阶段。
1960年开始的大庆石油大会战，证实陆相地层不但有油，而且有大油田，提出了陆相盆地“源控论”的成油系统思想，发展了大型陆相坳陷盆地成油、成藏理论，改进了勘探技术，拿下了世界级大油田——大庆油田，并围绕中央深坳陷发现了一批新油田，使我国石油储量增长出现特高峰。大庆油田开发实践研究，形成了陆相油藏早期分层注水开发理论，包括早期注水、保持地层压力，分层开采、减少层间干扰，优化井网、提高水驱控制程度，科学地确定注采系统、分阶段进行调整等，大庆油田原油产量1966年上千万吨，1976年上5千万吨，到1987年一直稳产在5千万吨以上。
1964年开展的渤海湾石油会战，取得了复杂断块油藏和古潜山油藏勘探新突破，形成了“复式油气聚集带”理论，发展了陆相断陷盆地成油、成藏理论成果，不但在渤海湾盆地的胜利、大港、辽河、冀中和中原五大油区取得重大勘探成果，并在东部其他盆地发现了苏北、南襄、江汉、依兰伊通、二连等新油区，使全国石油储量增长呈现多峰特点。形成了复杂断块油藏开发新理论，实行滚动勘探开发新方法，减少开发建设的风险，实现块间接替稳产。形成了具有中国特色的稠油注蒸汽吞吐开采技术，提高了稠油储量动用率并增加了产量，渤海湾盆地年产油量1972年上千万吨，1978年上4千万吨，1987年达到6千万吨以上。
天然气勘探逐步得到加强，重点依然为四川盆地，在川南、川西南、川东南地区不断发现二、三叠系气田的同时，在川中发现了震旦系储层的威远气田，是当时全国最大、最重要的发现；其它探区在石油勘探的同时兼探天然气，不但增加了溶解气储量，也发现了一批中小型气田和与油藏伴生的气藏。天然气勘探的发现促进了天然气的开发，1987年全国天然气产量135亿立方米。天然气储量和产量呈现气层气与溶解气并重的状况。
石油工程技术不断发展，地震勘探技术由“51型”光点地震仪发展到模拟地震仪，20世纪80年代引进了数字地震仪；钻井技术由千米钻头、快速钻井技术、打直井技术等，发展到大型钻机、喷射钻井、平衡钻井以及丛式井、水平井超深井的钻井技术；测井技术由“851”型全自动测井仪、磁性定位测井技术，发展到数字测井仪，20世纪80年代引进了数控测井仪；解决了石油勘探开发中一系列技术难题，成为强有力的技术支持。（石油知识）