由于国际国内的多方面因素，南京长江大桥屡建屡停，时间跨度长达9年。1959年11月15日，中共江苏省委为协调地方和施工单位的工作，决定成立南京长江大桥工程指挥部，大桥工程局局长彭敏任总指挥，梅旸春任总工程师。

12月26日，民众冒雨在南京长江大桥上参观。

1960年1月18日，主体工程正桥桥墩开工，正桥9号墩钢围笼浮运下水，宣布南京长江大桥正式开工，大桥建设全面启动。之后，正桥其余9个桥墩陆续开工。建设过程中经历了三年自然灾害和文革时期，广大建桥工人和科技人员怀着对祖国的无比忠诚，忍辱负重，坚守岗位，在建桥过程中自力更生研发成功我国第一代低合金桥梁钢，开发成功多种深水基础工程，南京长江大桥是中国桥梁建设史上一座重要的里程碑。

1968年9月30日，铁路桥首先通车。下午14时，南京市五万多军民在大桥工地举行了隆重的通车典礼，1000多名市民和部队指战员乘坐彩车驶上大桥。大桥上红旗挥舞，欢声雷动。大桥的配套工程南京火车站也举行落成典礼。过去靠火车轮渡过江包括等待时间约为2小时，现在从大桥上通过只需5分钟。

1968年12月29日，公路桥正式通车。

1978年，大桥获全国铁路科技大会优秀成果奖与全国科学大会奖；1985年，大桥获评国家科技进步奖特等奖；2014年，大桥入选南京不可移动文物。