隨著第三輪核電建設大幕的開啟，中國核電建設迎來了黃金時期。中核二三公司作為中國核電建設的主力軍，乘著“積極發展核電”的東風，責無旁貸地成為第三輪核電建設舞臺上的主角。自2005年以來，公司在第三輪核電建設中取得了良好的開局。
2005年6月28日，公司與中廣核工程有限公司、嶺東核電有限公司簽訂嶺澳核電站二期核島安裝工程合同意向協議；2006年1月11日，嶺澳核電站二期兩臺機組的核島安裝工程合同正式簽訂。
2005年11月9日，公司與核電秦山聯營有限公司正式簽訂秦山核電站二期擴建工程3號機組核島安裝工程合同。
2007年6月28日，嶺澳核電站二期1號機組核島安裝工程比原計劃提前17天開工。
2007年11月30日，公司與中廣核工程有限公司、紅沿河核電有限公司對紅沿河四臺機組的核島安裝合同總價達成共識，并也對寧德核電站兩臺機組和陽江核電站兩臺機組核島安裝合同總價達成一致意見。
2007年12月28日，秦山核電站二期擴建工程3號反應堆廠房穹頂成功吊裝，正式由土建施工高峰進入安裝施工階段。
2008年3月28日，公司與中廣核工程有限公司、紅沿河核電有限公司正式簽訂紅沿河核電站四臺機組的核島安裝工程合同。該合同是公司自1958年成立以來單筆金額最大的合同，也是迄今為止國內單項金額最大的核電廠核島安裝合同。
2008年5月24日，公司與福建寧德核電有限公司、中廣核工程有限公司正式簽訂福建寧德核電廠一期工程兩臺機組的核島安裝工程合同。
在這一時期里，2007年5月17日，我公司承擔核島安裝任務的田灣核電站1#機組投入商業運行。2007年8月16日，田灣核電站2#機組投入商業運行。
在這一時期里，2005年1月，公司隆重召開核電建設總結表彰大會，對公司20余年來在核電建設中取得的成就進行總結回顧，對在第一、二輪核電建設中涌現出的200多名核電建設功臣進行了表彰。
2005年9月，公司焊工技能競賽在燕郊基地舉行。
2007年9月，公司新一屆領導班子正式上任，并確定了公司的三大歷史使命，即“全方位鞏固、占領未來核電市場；實行公司總部機構改革、整合資源以及薪酬體制改革；實行公司股份制改革。”
2007年10月，公司對總部組織機構進行了大規模的調整。
2007年11月，公司股份制改造工作領導小組成立。同月，公司管工電工技能競賽在嶺澳二期現場舉行。
2007年12月，公司核電新項目機構成立暨干部任職大會在深圳分公司召開，標志著公司新的核電發展戰略正式進入實施階段。
2008年1月，公司核電戰略部署會議在浙江海鹽召開。
2007年12月-2008年2月，公司成立惠州、燕郊、綿陽、廣元、海鹽五個基地管理處，公司原來所轄的各工程公司不再運行，其生產經營職能轉換為基地管理職能。
2008年2月，公司為適應新一輪核電建設需要而制訂的薪酬調整方案在公司總部率先試點執行。
2008年3月，東方核電工程公司正式掛牌。
2008年4月，南方核電工程有限公司和核反應堆安裝公司正式掛牌。
這一時期，公司還承擔或完成了天津卡博特項目、寧波臺化塑膠ABS二期擴建工程、中國燃氣渦輪研究院2號高空艙主體工程第一、二標段工程，北京展西路道路工程1#標橋梁工程、山東蓬萊博展國際商貿城1#商貿樓工程、淮安市楚州區污水處理廠（一期）設計-采購-建造（BOT）總承包工程、山東臨沂經濟開發區污水處理工程等民用工程建設任務以及秦山一、二、三期核電站和江蘇田灣站的部分檢修任務。
2009年1月14日，公司自主研發的重大科研成果“大厚壁管道窄間隙全位置自動焊接方法”獲得國家《發明專利證書》。該發明專利填補了我國核電站主管道焊接領域的空白，為推進國家核電自主化建設打下了良好基礎。9月1日，公司與中廣核工程公司簽訂了主管道自動焊項目合作協議，決定共同推進該技術在國內核電站建設中的應用。
2009年2月2日，中核建設集團公司公布了各成員單位創建“四好”領導班子第二輪先進集體評選結果。我公司榮獲“集團公司成員單位創建‘四好’領導班子2007—2008年度先進集體”稱號。
在審視公司50年發展歷程的基礎上，2009年2月4日，公司總經理董玉川在公司2009年工作會議上正式提出：公司把2009年確定為“企業文化變革年”。自此，“企業文化變革”被提到了前所未有的高度，它在公司發展中的重要地位得到了確立。隨后，公司展開了一系列文化變革工作。
2009年2月23日，二三公司與中信銀行天津分行舉行了銀企戰略合作簽約及“銀企合作優質客戶”授牌儀式；8月3日，我公司再次成功被中國建設銀行評定為“AAA級信用客戶”，這也是我公司連續第十六年獲得該項信用等級資質。這些表明了相關金融機構對國家核電建設行業前景的看好，以及對二三公司核電建設行業地位和銀行資信的認可。
2009年3月5日，公司嶺澳二期EM2班組因避免重大質量事件受到了中廣核工程公司的通報表揚。12月11日，中廣核工程公司對紅沿河項目部質檢員烏日娜“敬業的精神、嚴謹的作風、質疑的態度”提出表揚。“藍色透明”的核安全文化在生產一線得以體現。
2009年3月9日至10日，公司召開2009年人力資源戰略部署會議，提出了公司未來幾年人力資源管理總體思路和具體措施。會上，公司還對人才培養先進單位首次進行了重獎，以鼓勵和引導各單位加強人才培養工作。
2009年3月29日，建設公司發展形勢首次視頻報告會在深圳順利召開。全公司共約1500人在11個會場同時聽取了公司總經理董玉川作的公司發展形勢報告。這是公司視頻會議系統啟用以來召開的首次大型視頻會議。
2009年4月13日，公司首次以視頻形式召開了第一季度安委會（擴大）會議，強調指出，公司安全質量形勢嚴峻，轉變觀念是關鍵。5月19日和6月23日，公司總經理部領導董玉川和王洪濤分別在《中核二三建設報》上發表署名文章，闡述了安全生產對公司發展的重要性和緊迫性。
2009年4月21日至22日，公司總經理董玉川在連云港項目部調研時指出，在田灣核電建設中，在極度艱難的情況下，二三公司能想業主所想，急業主所急，從上到下全員、全身心地投入到工作中，無推諉扯皮現象，為了一致的目標不懈努力，不到最后一刻決不言敗，這就是田灣精神。
2009年4月23日，由國家人力資源社會保障部和國資委聯合舉辦的中央企業勞動模范和先進集體表彰大會在北京召開，我公司核反應堆公司總經理曾浩作為央企勞模代表出席了會議。為弘揚勞模精神，公司工會第二天在總部組織召開了中央企業勞動模范表彰座談會。
2009年5月，連云港項目部在田灣核電站T102大修中獲得最高獎——“四星級大修服務供應商”稱號；8月，項目部在T202大修中再次獲得“四星級大修服務供應商”稱號，這也是項目部連續第四次獲得最高獎項，成為所有參建單位中唯一獲此殊榮的單位。1月，東方公司核電檢修部完成了秦山三期OT104大修任務；7月，檢修部完成了秦山二期205大修任務。12月15日，公司核電檢修部開始了自成立以來承擔的第一次大修——秦山三期204大修。這些表明了公司在核電檢修領域的實力以及業主對公司的認可。
2009年6月8日，紅沿河核電站核島安裝工程提前7天開工。8月27日，寧德核電站核島安裝工程順利開工。9月10日，嶺澳二期3+8號機組提前5天具備冷試條件；9月25日，冷試成功。12月10日，秦山二擴3號機組開始冷試；12月13日，冷試成功。這些表明，我公司經歷多年努力、克服重重困難后，在多項目管理格局下，在第三輪核電建設中經受住考驗，確保了所有已開工核島安裝工程的順利推進。
2009年6月12日，公司桃花江項目籌備處正式進駐桃花江核電站施工現場；8月21日，公司與中核二二公司簽訂了《湖南桃花江核電站建造總承包合作協議》；9月10日，公司桃花江總承包部正式揭牌成立。公司對第三代AP1000堆型核電站的籌備工作邁出實質性步伐。
2009年6月29日，公司與中核工程公司簽訂了福清、方家山核電站核島安裝合同；12月23日，公司又與中廣核工程公司一次性簽訂了8臺核電機組的核島安裝合同，其中包括國內首座EPR堆型核電站——廣東臺山核電站核島安裝合同。至此，在國家第三輪核電建設中，公司已成功獲得了23臺核電機組的核島安裝合同，核電任務儲備量突破150億元大關，達到歷史最好水平。
2009年8月11日，公司召開了深入學習實踐科學發展觀活動群眾滿意度測評大會。經統計，公司學習實踐科學發展觀活動滿意率達到96.9%。公司歷時近5個月的“深入學習實踐科學發展觀活動”順利落下帷幕。
2009年8月21日，公司與北京林河經濟開發區管委會分別簽訂了《入區協議》和《工業項目投資協議（國有土地使用權轉讓）》，拉開了公司總部向北京轉移的序幕。9月27日，公司獲得了由北京市工商局頒發的《法人營業執照》，為總部向北京轉移創造了先決條件。12月16日，公司與北京中華建規劃設計研究院有限公司簽訂了核電建造研發項目建筑設計合同，總部建設項目進入深化設計階段。
在建國60周年之際，由中國建筑業協會會同國內其它11家行業建設協會共同組織開展的新中國成立60周年“百項經典建設工程”評審結束，由我公司與中核二二公司申報的我國大陸第一座核電站——秦山核電站一期工程光榮入選。在秦山核電站建設中，我公司承擔了核島及輔助系統(BOP)的安裝任務。
2009年10月10日，華南核電預制基地正式建成投產，實現了公司核電建設史上重要里程碑。10月16日，公司與湖南益陽市政府簽訂了益陽核電設備制造廠建設協議，這是公司作出投資建設益陽核電設備制造廠重大決策后取得的重要進展。
2009年10月27日至29日，公司2009年職工職業技能競賽（焊工、鉗工）在海鹽舉行。此次競賽為公司技能人才提供了展示才華的舞臺，也檢閱了技能人才培養的成果，體現了公司對技能人才的重視。競賽結束后，公司授予丁凌、王新平等12名獲獎選手“技術能手”稱號并給予頒發獎金、證書等獎勵。
2009年12月23日，中核建設集團和中廣核集團在北京共同簽訂了中核二三有限公司出資協議，公司股份制改造取得了階段性成果。至此，公司2007年確定的“占領核電建設市場”、“機構及薪酬改革”、“實行股份制改造”三大歷史使命均已基本完成。
