Chính phủ đã chủ trương hình thành một chiến lược xây dựng ngành công nghiệp lọc - hóa dầu để phục vụ công cuộc phát triển đất nước.

Sau khi dự án khu Liên hợp lọc - hóa dầu thành Tuy Hạ gặp trở ngại, việc tiếp tục chuẩn bị xây dựng nhà máy lọc dầu đầu tiên của Việt Nam được Chính phủ chỉ đạo khẩn trương hơn. Công tác khảo sát và nghiên cứu lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy được tiến hành tại nhiều khu vực dọc bờ biển Việt Nam.

Sau khi các đối tác nước ngoài rút khỏi dự án, theo chỉ đạo của Chính phủ, Tổng công ty dầu khí Việt Nam tiếp tục lập Luận chứng nghiên cứu khả thi chi tiết Dự án Nhà máy lọc dầu số 1 theo phương án Việt Nam tự đầu tư. Luận chứng nghiên cứu khả thi được thực hiện trong thời gian từ tháng 01/1997 đến hết tháng 3/1997 với sự tham gia của Bộ Kế hoạch và Đầu tư, Bộ Giao thông - Vận tải, Bộ Xây dựng, Bộ Tài chính, Bộ Khoa học - Công Nghệ & Môi trường, Bộ Quốc phòng, Bộ Công nghiệp, Văn phòng Chính phủ và UBND tỉnh Quảng Ngãi.

Ngày 12 tháng 02 năm 2003, PVN đã thành lập Ban QLDA NMLD Dung Quất để triển khai dự án xây dựng NMLD theo phương án Việt Nam tự đầu tư.

Ngày 24/8/2005, Hợp đồng EPC 2+3 bao gồm khu bể chứa dầu thô, đường ống dẫn sản phẩm, khu bể chứa và cảng xuất sản phẩm được PVN ký kết với Tổ hợp TPC. Hợp đồng EPC 2+3 được các bên thỏa thuận coi như một phụ lục của Hợp đồng EPC 1+4. Ngày 21/9/2005 hợp đồng EPC 2+3 có hiệu lực. Trước đó, ngày 17/6/2005 Thủ tướng Chính phủ đã ra Quyết định số 546/QĐ-TTg về việc điều chỉnh Dự án đầu tư NMLD Dung Quất. Tổng mức đầu tư của dự án theo Quyết định 546/QĐ-TTg là 2,501 tỷ USD chưa bao gồm chi phí tài chính.