1964年8月，国家建委召开一、二线搬迁会议，提出要大分散、小集中，少数国防尖端项目要"靠山、分散、隐蔽"(简称山、散、洞)。有的还要进洞。三线建设宣告拉开帷幕。
在1964-1980年期间，国家在三线地区共审批1100多个中大型建设项目。大批原先位于大城市的工厂与人才进入西部山区。更有"备战备荒为人民"、"好人好马上三线"等口号号召人们前往三线地区。文革早期，三线也是大量知青的去处，历任中国国家主席胡锦涛就曾经分配到甘肃刘家峡水电站。由于国防考量，这些工厂的位置都偏僻而分散，导致企业的后续发展进入瓶颈。如陕西汉中飞机工业基地，下属28个单位分散在两个地区，7个县的范围内，其中一个企业被分散在6个自然村中，装配零部件需要汽车往返几十甚至上百公里，员工上下班也非常不便。
陕西新建的400多个三线项目，将近90%远离城市，分散在关中平原和陕南山区的48个县，多数是一厂一点，有的甚至是一厂多点，布局被讥讽为"羊拉屎"、"瓜蔓式"、"村落式"。而且山区内信息闭塞，生产出来的产品往往无法跟上世界潮流，显得过时落伍。有时山区内爆发山洪等自然灾害，企业也往往损失惨重。冬季大雪封山后，工人更处于与世隔绝的状态，时人用"洞中方数月，世上已千年"来形容这些工厂的闭塞与环境的恶劣艰苦。也因此，许多的厂矿单位里医院、商店、学校设施一应俱全，成为一个封闭的社会。十堰等城市更是因三线建设才得以出现。1973年，国家正式发文重点建设贵阳、重庆、安顺、绵阳四个重点城市，后来这四个城市成为全国三线企业的核心。
贵州、四川东部山区、四川中部平原地区、汉中、秦岭北麓等地区新建的项目数量多，规模大，迁入工业人口多。其中，四川成都主要接收轻工业与电子工业，绵阳、广元接收核工业与电子工业，重庆为常规兵器制造基地，甚至包括第三个钚生产堆(816工厂)和常规潜艇制造业(望江造船厂);贵州贵阳主要接受光电工业，安顺主要接受飞机工业。需要注意的是三线建设并不都是沿海工业内迁，还有大量基础工业如长庆油田、攀枝花冶金工业、六盘水煤炭工业以及大量配套的铁路公路等新建项目。
1980年代后，伴随着改革开放与冷战趋于缓和，三线建设由保密名词逐渐见于报端。而改革开放后，许多三线建设单位由于位置偏僻闭塞而难有发展。1983年12月，中国政府在成都设立国务院三线办公室(1990年代改为国家计委三线办公室，21世纪后又改名为国防科工委三线协调中心)。
1984年11月在成都召开会议，确定第一批调整121个单位，迁并48个，全部转产15个。其后一些三线企业陆续迁往邻近中小城市，如咸阳、宝鸡、沙市、襄樊、汉中、广元、德阳、绵阳、天水附近。而技术密集型企业和军工科技企业则移往成都、重庆、西安、兰州等大城市。
这些企业迁移后，多半进行了改制，由军用企业转为民用企业。如位于十堰的中国第二汽车制造厂改制为东风汽车公司;重庆兵器工业基地改为重庆钢
铁股份有限公司、长安集团、嘉陵工业集团股份有限公司和建设工业集团股份有限公司等。而一些未迁移的企业，则逐步走向荒废关闭。也有部分在地方政府的帮助下得以继续生存，但生产门类已经发生发生巨大变化，如重庆著名的816工程。1965年2月26日 中共中央、国务院作出《关于西南三线建设体制问题的决定》，成立西南三线建设委员会，以加强对三线建设的领导。3月29日，中共中央发出《关于西南三线建设委员会组成人员的批复》，同意以李井泉为主任，程子华、阎秀峰为副主任。后来彭德怀、钱敏任西南三线建委副主任。
011基地:安顺。歼击机和教练机生产基地。
012基地:汉中。预计建设成歼击机生产基地，1975年，中央决定西安飞机设计所研制的运八飞机由012基地继续研制，基地变为运输机制造基地。1979年彤辉机械厂、劲松机械厂和012飞机设计所分出单独设立陕西飞机制造公司，012基地成了航空配件生产基地。1980年，运八飞机投入批量生产。
013基地(湖南航空):张家界-长沙。管辖几个航空配件厂(主要是3028厂湘陵机械厂)和张家界航空工业职业技术学院、航空第三设计院。
014基地(中国空空导弹研究院):洛阳。158厂南峰公司从汉中迁来，专门制造空空导弹。
061基地(江南航天)遵义。防空导弹生产基地，航二院分建。
062基地(航天七院)万源-成都(现四川航天技术研究院)。火箭/弹道导弹生产基地。航一院分建。
063基地(航天四院):西安。
064基地(并入062基地):达州。
066基地(中国航天科工集团公司第九研究院(中国三江航天集团)):远安-孝感。飞航导弹生产基地(红鸟)。航三院分建。
067基地(航天六院):凤县-西安。液体火箭发动机生产基地。航一院分建。
068基地(湖南航天):邵阳4县1市-长沙。航二院分建。1970年始建，1978年停建，1994年搬迁到长沙。
081基地(川北电子):广元。原0821指挥部，1965年开始兴建，为火控雷达生产基地。
082基地:成都东郊电子工业基地。
083基地(振华电子):都匀。
541总厂:坦克制造基地，机关在山西省闻喜县东镇，厂区分布在闻喜县、绛县、翼城县、夏县。
531工厂:现中原特殊钢铁厂，总部在河南省济源市，其余分布在济源西部山区各个山沟。可生产坦克炮、重炮，并通过焦柳铁路与洛阳相连，可和洛阳拖拉机厂在战时快速生产坦克。
