在上世纪60年代中期，国家出于战备考虑进行三线建设，中共中央和国务院决定：“以重庆为中心，用3年或者稍长一些时间建立起一个能生产常规武器并且有相应的原材料和必要机械制造工业的工业基地”。“三线建设”具体实施方案为：1964年下半年迁建少数工厂作试点，大部分工厂作好搬迁准备，1965年开始大规模迁建，重庆双溪机械厂就是在这个背景下上马的。1965年，根据毛主席关于加强三线建设的指示，在第五机械工业部的领导下，双溪机械厂（代号：147厂）建厂。建厂厂址是抗战时期由广西内迁至重庆的原第四十兵工厂（广西第一兵工厂）遗址。由东北齐齐哈尔和平机械厂（代号：127厂）、太原晋西机械厂（代号：247厂）等企业抽调技术人员参与组建双溪机械厂。工厂利用河流自然冲积的山谷谷地建设厂房，并利用西南地区的喀斯特地形，因地制宜的在一些巨大的山体溶洞中建设秘密厂房从事军工生产。
在1965年的3月10日，由东北齐齐哈尔和平机械厂，太原晋西机械厂等企业抽调技术人员组成的基建、设备、水、电等建厂先头部队来到了张家坝。三线建设选址的原则是“近水、靠山、分散、隐蔽”。西南多喀斯特地形，张家坝也不例外，暗河、溶洞密布，土地贫瘠。选择那里主要是因为有3个天然的大溶洞，适合做隐蔽保密生产，但后来发现最大的2号洞里老掉石头下来，不适合做车间，1号洞最高，从山下进入一号空洞必须修建一条上百米长的缆车道。抗战时期由广西内迁至重庆的原第四十兵工厂也曾在那个山洞里造过子弹。大部分车间建在冬暖夏凉的山洞里，采光全靠电灯。山洞不是笔直的，生产需用的行车、轨道等依据自然的山洞走向一段一段地修建，拐弯的地方就没有设，洞里高低不平，所以车间里还有台阶。
双溪机械厂定位为国产60式122毫米加农炮总装厂。各种配件部分分别来自太原、包头、成都及周边其他兵工厂。工厂自创立开始，直接隶属于中国第五机械工业部（兵器工业部）。兵器工业部改制为中国兵器工业总公司后隶属于中国兵器工业总公司。工厂成立后为国家国防事业做出了重要贡献，有力支持了对越南的自卫反击战。
80年代中期，国际形势发生变化，世界正逐步以对抗转为对话，为应对战争突然爆发而建立起来的一些以军品生产为主的三线企业，军品任务锐减，企业经济效益下降……。由于三线建设时期选址的厂址进山太远、进洞太深，布局过于分散，普遍存在严重的滑坡、泥石流、山洪等自然灾害，国家的财产和职工生命安全受到威胁。加之交通运输不便、生产协调配套困难、生产成本高、产品市场竞争乏力、信息不灵、投资环境差、职工队伍不稳定、人才流失严重等等。党中央审时度势，对三线建设制定了“调整改造，发挥作用”的八字方针。
随着国家下达军品计划的逐步减少，双溪厂的日子难过起来，厂里开始研发民品。上世纪70年代末，去胜利、大庆等油田考察后，依据厂里的技术、设备，研发用于油田采油的电动潜油泵，并在上世纪80年代初有了成品。潜油泵也是和很多厂协作生产，虎溪电机厂的电机、成都无缝钢管厂的钢管……双溪厂组装。厂里也试制过中文打字机，据说挣不了钱，项目也就没有上马。后来还生产过汽车起重机和煤矿用液压支架，然而主要由于体制不容许专制为民用生产，大量产品不能规模化生产，以及厂区地理位置导致生产成本极高，压缩了产品利润空间，工厂的经营状况恶化，债务负担沉重，流动资金严重短缺，生产经营举步维艰。在这种情况下，人才外流在所难免。
1984年，原重庆双溪机械厂、四川庆岩机械厂、红泉仪表厂、重庆渝州齿轮厂、重庆庆江机器厂、重庆平山机械厂、四川红山机械厂、重庆铸钢厂、重庆青江机械厂分别纳入了国家“七五”、“八五”三线调整计划。计划将上述三线兵工厂由偏远的山区搬迁至重庆市近郊的巴南区鱼洞镇。
1990年新厂厂址破土动工。工厂进入边基建、边搬迁、边生产的艰苦时期。
