Após a desativação da Saici, a Construtora Norberto Odebrecht vive um momento de expansão e respira numa confortável posição no mercado baiano de obras. Dentre as obras realizadas entre 1953 e 1954, destacam-se o depósito de cacau em concreto armado para a F. Stevenson & Co., em Itabuna; a ampliação da fábrica da Cia. de Cigarros Souza Cruz e da ponte-barragem do Rio Joanes, com 132 m de comprimento e 19 m de altura, em Salvador; e o porto de Canavieiras, um cais de 400 m de comprimento. Foi nesse período que a empresa conquistaria um novo cliente, a Petrobras, criada em outubro de 1953. A Norberto Odebrecht inicialmente conquistou contratos de instalações de apoio para as equipes no município de Candeias. Depois, estações de tratamento de água, plataformas marítimas, pontes, canais, barragens, armazéns, casas de força, dragagens, laboratórios, residências, clubes, oficinas e rodovias, entre outros, pelo país afora. Alguns desses projetos traziam grandes desafios para a engenharia de construção.

Um dos marcos desse período foi a necessidade de desenvolvimento de tecnologias pioneiras no país. Um desses casos ocorreu na construção do oleoduto Catu-Candeias, que trazia para a Refinaria de Mataripe o óleo extraído no novo campo de Catu. Ampliada pela produção de novos poços, Mataripe passou a refinar cerca de cinco mil barris por dia e logo precisou multiplicar por 10 sua capacidade. O problema era o massapê, um tipo de solo pegajoso que se transforma em manguezais e lama, dificultando o tráfego de pessoal, carros e equipamentos. Foi então construído um cais de 120 m, em pleno mangue, cuja camada de lama chegava aos 9 m de espessura.

Se extrair petróleo em terra firme era difícil, no mar era muito mais. Com poucos recursos financeiros e tecnológicos, mas contando com um punhado de homens corajosos, a construtora tornou-se pioneira nesse tipo de trabalho. Tinha apenas bate-estacas instalados nos saveiros, e flutuantes improvisados, manejados com maestria pelos trabalhadores. “Em noites de tempestade”, lembra Norberto, “os saveiros costumavam perder-se e as lanternas a querosene eram o único meio de sinalização entre eles e as plataformas”. O trabalho criativo era exigido mais do que nunca. Um dos seus exemplos mais notáveis foi o uso de grandes tanques de ferro, soldados uns aos outros para funcionar como flutuadores no apoio à instalação das plataformas marítimas no campo de D. João, entre 1958 e 1961. Essas plataformas eram construídas em concreto armado e os últimos 10 m das estacas em aço, preenchidas, depois, com o concreto.

Ao longo desse período, as duas empresas construíram uma sólida parceria importante para o aperfeiçoamento técnico da engenharia na área de Petróleo e Gás.  A Odebrecht construiu a primeira fábrica de borracha sintética brasileira, a Companhia Pernambucana de Borracha Sintética (Coperbo), subsidiária da Petrobras, entre 1962 e 1965, ano em que foram levantadas também as fábricas de gasolina natural em Catu, Mataripe e Madre de Deus, na Bahia. Outro símbolo dessa união é o edifício-sede da Petrobras, em 1969, com 120 mil m2 de área construída, 27 andares e 117 m de altura,  erguido em tempo recorde, 36 meses. Na época era a maior estrutura monolítica da América Latina. O Nordeste também passava por uma fase de expansão e progresso, impulsionado pela criação da Sudene (Superintendência de Desenvolvimento do Nordeste), sediada em Recife, onde a Norberto Odebrecht abriu filial em 1962 e de onde passou a coordenar um grande número de obras nas regiões Nordeste e Norte, principalmente na implantação de um parque industrial. No Nordeste, a empresa seria responsável pela construção da fábrica para montagem de veículos e do armazém de peças da Willys Overland e dos conjuntos industriais da Coperbo, da Alpargatas Confecções, e da Tintas Coral do Nordeste, empreendimentos no estado de Pernambuco, só para citar algumas.

A empresa foi assim uma das pioneiras em tecnologia no Nordeste. Um deles foi o emprego do primeiro guindaste usado nas obras, em lugar dos elevadores metálicos, além de incorporar tubulões e vigas-alavanca, e a introdução do uso intensivo do concreto protendido.

Uma das primeiras obras de concreto pré-moldado da Bahia foi a ponte do Funil, ligando a ilha de Itaparica ao continente, na Baía de Todos os Santos, em 1968.

Essa ponte seria construída, segundo a praxe, com escoramento para concreto. Fazia-se a ponte de madeira e sobre ela se construía a de concreto, removendo-se então a primeira. Os custos, assim, dobravam. A construtora optou pela variante de concreto pré-moldado. Apesar da correnteza, que dificultou muito os trabalhos, foi concluída com 660 m de comprimento, apoiada em tubulões de ar comprimido com até 25 m de profundidade.

A experiência da Construtora nos anos 60 fortaleceu sua capacitação em dois campos fundamentais para seu crescimento como empresa nacional. Primeiro, passaria a dominar obras de grande porte. Dois bons exemplos são a barragem de Pedras, sobre o Rio de Contas, com 408 m de extensão e quase 70 m de altura, que exigiram a colocação de mais de 300 mil m3 de concreto, e a ponte rodoferroviária Propriá-Colégio, sobre o Rio São Francisco, com 832 m de extensão e cujas fundações profundas exigiram o engaste de tubulões diretamente na rocha até 70 m abaixo do nível do rio.

A trajetória permitiria, sobretudo, a montagem de uma competência gerencial para administrar obras de logística complexa, com grandes contingentes de pessoas e grandes volumes de materiais. Essa nova qualificação, aliada à filosofia empresarial que cada vez se tornava mais sólida e disseminada entre as equipes, foi o passaporte com o qual a empresa desembarcou, no final da década, no Sudeste do Brasil.