随着第三轮核电建设大幕的开启，中国核电建设迎来了黄金时期。中核二三公司作为中国核电建设的主力军，乘着“积极发展核电”的东风，责无旁贷地成为第三轮核电建设舞台上的主角。自2005年以来，公司在第三轮核电建设中取得了良好的开局。
2005年6月28日，公司与中广核工程有限公司、岭东核电有限公司签订岭澳核电站二期核岛安装工程合同意向协议；2006年1月11日，岭澳核电站二期两台机组的核岛安装工程合同正式签订。
2005年11月9日，公司与核电秦山联营有限公司正式签订秦山核电站二期扩建工程3号机组核岛安装工程合同。
2007年6月28日，岭澳核电站二期1号机组核岛安装工程比原计划提前17天开工。
2007年11月30日，公司与中广核工程有限公司、红沿河核电有限公司对红沿河四台机组的核岛安装合同总价达成共识，并也对宁德核电站两台机组和阳江核电站两台机组核岛安装合同总价达成一致意见。
2007年12月28日，秦山核电站二期扩建工程3号反应堆厂房穹顶成功吊装，正式由土建施工高峰进入安装施工阶段。
2008年3月28日，公司与中广核工程有限公司、红沿河核电有限公司正式签订红沿河核电站四台机组的核岛安装工程合同。该合同是公司自1958年成立以来单笔金额最大的合同，也是迄今为止国内单项金额最大的核电厂核岛安装合同。
2008年5月24日，公司与福建宁德核电有限公司、中广核工程有限公司正式签订福建宁德核电厂一期工程两台机组的核岛安装工程合同。
在这一时期里，2007年5月17日，我公司承担核岛安装任务的田湾核电站1#机组投入商业运行。2007年8月16日，田湾核电站2#机组投入商业运行。
在这一时期里，2005年1月，公司隆重召开核电建设总结表彰大会，对公司20余年来在核电建设中取得的成就进行总结回顾，对在第一、二轮核电建设中涌现出的200多名核电建设功臣进行了表彰。
2005年9月，公司焊工技能竞赛在燕郊基地举行。
2007年9月，公司新一届领导班子正式上任，并确定了公司的三大历史使命，即“全方位巩固、占领未来核电市场；实行公司总部机构改革、整合资源以及薪酬体制改革；实行公司股份制改革。”
2007年10月，公司对总部组织机构进行了大规模的调整。
2007年11月，公司股份制改造工作领导小组成立。同月，公司管工电工技能竞赛在岭澳二期现场举行。
2007年12月，公司核电新项目机构成立暨干部任职大会在深圳分公司召开，标志着公司新的核电发展战略正式进入实施阶段。
2008年1月，公司核电战略部署会议在浙江海盐召开。
2007年12月-2008年2月，公司成立惠州、燕郊、绵阳、广元、海盐五个基地管理处，公司原来所辖的各工程公司不再运行，其生产经营职能转换为基地管理职能。
2008年2月，公司为适应新一轮核电建设需要而制订的薪酬调整方案在公司总部率先试点执行。
2008年3月，东方核电工程公司正式挂牌。
2008年4月，南方核电工程有限公司和核反应堆安装公司正式挂牌。
这一时期，公司还承担或完成了天津卡博特项目、宁波台化塑胶abs二期扩建工程、中国燃气涡轮研究院2号高空舱主体工程第一、二标段工程，北京展西路道路工程1#标桥梁工程、山东蓬莱博展国际商贸城1#商贸楼工程、淮安市楚州区污水处理厂（一期）设计-采购-建造（bot）总承包工程、山东临沂经济开发区污水处理工程等民用工程建设任务以及秦山一、二、三期核电站和江苏田湾站的部分检修任务。
2009年1月14日，公司自主研发的重大科研成果“大厚壁管道窄间隙全位置自动焊接方法”获得国家《发明专利证书》。该发明专利填补了我国核电站主管道焊接领域的空白，为推进国家核电自主化建设打下了良好基础。9月1日，公司与中广核工程公司签订了主管道自动焊项目合作协议，决定共同推进该技术在国内核电站建设中的应用。
2009年2月2日，中核建设集团公司公布了各成员单位创建“四好”领导班子第二轮先进集体评选结果。我公司荣获“集团公司成员单位创建‘四好’领导班子2007—2008年度先进集体”称号。
在审视公司50年发展历程的基础上，2009年2月4日，公司总经理董玉川在公司2009年工作会议上正式提出：公司把2009年确定为“j9游会真人游戏第一品牌的文化变革年”。自此，“j9游会真人游戏第一品牌的文化变革”被提到了前所未有的高度，它在公司发展中的重要地位得到了确立。随后，公司展开了一系列文化变革工作。
2009年2月23日，二三公司与中信银行天津分行举行了银企战略合作签约及“银企合作优质客户”授牌仪式；8月3日，我公司再次成功被中国建设银行评定为“aaa级信用客户”，这也是我公司连续第十六年获得该项信用等级资质。这些表明了相关金融机构对国家核电建设行业前景的看好，以及对二三公司核电建设行业地位和银行资信的认可。
2009年3月5日，公司岭澳二期em2班组因避免重大质量事件受到了中广核工程公司的通报表扬。12月11日，中广核工程公司对红沿河项目部质检员乌日娜“敬业的精神、严谨的作风、质疑的态度”提出表扬。“蓝色透明”的核安全文化在生产一线得以体现。
2009年3月9日至10日，公司召开2009年人力资源战略部署会议，提出了公司未来几年人力资源管理总体思路和具体措施。会上，公司还对人才培养先进单位首次进行了重奖，以鼓励和引导各单位加强人才培养工作。
2009年3月29日，建设公司发展形势首次视频报告会在深圳顺利召开。全公司共约1500人在11个会场同时听取了公司总经理董玉川作的公司发展形势报告。这是公司视频会议系统启用以来召开的首次大型视频会议。
2009年4月13日，公司首次以视频形式召开了第一季度安委会（扩大）会议，强调指出，公司安全质量形势严峻，转变观念是关键。5月19日和6月23日，公司总经理部领导董玉川和王洪涛分别在《中核二三建设报》上发表署名文章，阐述了安全生产对公司发展的重要性和紧迫性。
2009年4月21日至22日，公司总经理董玉川在连云港项目部调研时指出，在田湾核电建设中，在极度艰难的情况下，二三公司能想业主所想，急业主所急，从上到下全员、全身心地投入到工作中，无推诿扯皮现象，为了一致的目标不懈努力，不到最后一刻决不言败，这就是田湾精神。
2009年4月23日，由国家人力资源社会保障部和国资委联合举办的中央企业劳动模范和先进集体表彰大会在北京召开，我公司核反应堆公司总经理曾浩作为央企劳模代表出席了会议。为弘扬劳模精神，公司工会第二天在总部组织召开了中央企业劳动模范表彰座谈会。
2009年5月，连云港项目部在田湾核电站t102大修中获得最高奖——“四星级大修服务供应商”称号；8月，项目部在t202大修中再次获得“四星级大修服务供应商”称号，这也是项目部连续第四次获得最高奖项，成为所有参建单位中唯一获此殊荣的单位。1月，东方公司核电检修部完成了秦山三期ot104大修任务；7月，检修部完成了秦山二期205大修任务。12月15日，公司核电检修部开始了自成立以来承担的第一次大修——秦山三期204大修。这些表明了公司在核电检修领域的实力以及业主对公司的认可。
2009年6月8日，红沿河核电站核岛安装工程提前7天开工。8月27日，宁德核电站核岛安装工程顺利开工。9月10日，岭澳二期3 8号机组提前5天具备冷试条件；9月25日，冷试成功。12月10日，秦山二扩3号机组开始冷试；12月13日，冷试成功。这些表明，我公司经历多年努力、克服重重困难后，在多项目管理格局下，在第三轮核电建设中经受住考验，确保了所有已开工核岛安装工程的顺利推进。
2009年6月12日，公司桃花江项目筹备处正式进驻桃花江核电站施工现场；8月21日，公司与中核二二公司签订了《湖南桃花江核电站建造总承包合作协议》；9月10日，公司桃花江总承包部正式揭牌成立。公司对第三代ap1000堆型核电站的筹备工作迈出实质性步伐。
2009年6月29日，公司与中核工程公司签订了福清、方家山核电站核岛安装合同；12月23日，公司又与中广核工程公司一次性签订了8台核电机组的核岛安装合同，其中包括国内首座epr堆型核电站——广东台山核电站核岛安装合同。至此，在国家第三轮核电建设中，公司已成功获得了23台核电机组的核岛安装合同，核电任务储备量突破150亿元大关，达到历史最好水平。
2009年8月11日，公司召开了深入学习实践科学发展观活动群众满意度测评大会。经统计，公司学习实践科学发展观活动满意率达到96.9%。公司历时近5个月的“深入学习实践科学发展观活动”顺利落下帷幕。
2009年8月21日，公司与北京林河经济开发区管委会分别签订了《入区协议》和《工业项目投资协议（国有土地使用权转让）》，拉开了公司总部向北京转移的序幕。9月27日，公司获得了由北京市工商局颁发的《法人营业执照》，为总部向北京转移创造了先决条件。12月16日，公司与北京中华建规划设计研究院有限公司签订了核电建造研发项目建筑设计合同，总部建设项目进入深化设计阶段。
在建国60周年之际，由中国建筑业协会会同国内其它11家行业建设协会共同组织开展的新中国成立60周年“百项经典建设工程”评审结束，由我公司与中核二二公司申报的我国大陆第一座核电站——秦山核电站一期工程光荣入选。在秦山核电站建设中，我公司承担了核岛及辅助系统(bop)的安装任务。
2009年10月10日，华南核电预制基地正式建成投产，实现了公司核电建设史上重要里程碑。10月16日，公司与湖南益阳市政府签订了益阳核电设备制造厂建设协议，这是公司作出投资建设益阳核电设备制造厂重大决策后取得的重要进展。
2009年10月27日至29日，公司2009年职工职业技能竞赛（焊工、钳工）在海盐举行。此次竞赛为公司技能人才提供了展示才华的舞台，也检阅了技能人才培养的成果，体现了公司对技能人才的重视。竞赛结束后，公司授予丁凌、王新平等12名获奖选手“技术能手”称号并给予颁发奖金、证书等奖励。
2009年12月23日，中核建设集团和中广核集团在北京共同签订了中核二三有限公司出资协议，公司股份制改造取得了阶段性成果。至此，公司2007年确定的“占领核电建设市场”、“机构及薪酬改革”、“实行股份制改造”三大历史使命均已基本完成。