1964年8月，北部湾事件爆发，越南战争从特种战争升级为局部战争。随后，美军出动两个营的海军陆战队在岘港登陆，空军也出动数百架战机轰炸越南北方，战火一度烧到中越边境。
1960年代初，中苏关系逐渐恶化，双方多次发生边境争端，苏联一度扬言对中国发动核打击。面对苏联在中苏边境陈兵百万的军事压力，中国启动了广泛的备战活动。
1962年，中印边境战争爆发，尽管中国取得了胜利，但是印度在美国和苏联的支持下，并不服气，中印边境的紧张形势并没有得到缓解。
此时，我国一度面临险恶的周边环境，在东南、北方和西部都存在战争的威胁。而全国人口、工业又过于集中在东部沿海地区，容易遭到超级大国的空袭破坏。
整个东北重工业区处于苏联轰炸机和导弹的攻击范围，华东的工业区又暴露在美国航空母舰的打击范围内，一旦战争爆发，整个国民经济将陷入瘫痪，后果不堪设想。而西南、西北等内陆地区工业基础薄弱，交通条件落后，整体工业布局存在明显的“东重西轻”。
根据对苏联卫国战争经验教训的总结，毛主席认为：“如果爆发战争，没有强大的后方工业基地是不可想象的。”
“三线建设”就是希望改变这个局面，以备战备荒为目的，把东南沿海的能源、航空、兵器等工业迁移到西南、西北地区，再建立一个相对独立、完整的工业体系。原来在邓小平的主持下制定的第3个“五年计划”，也把工作重点从“解决人民吃穿用”转移到三线建设上。
1965年，“西南三线建设委员会”成立。邓小平在会议上专门强调：“从国防战略布局上考虑，要把国家的投资用到三线兵工建设上，用到研究导弹、原子弹上，还要做好超级大国使用原子弹把我们的沿海地区打烂的准备。”
作为国家总体战略工程，三线建设主要集中于军工业和重工业，贯穿整个三五计划，最终经历了3个五年计划。
三线建设启动后，邓小平多次前往西北、西南考察三线建设部署，在重庆、攀枝花、昆明、兰州等地都留下了足迹，深度参与了三线建设的规划。
西南三省和西北四省是三线建设的主要范围，但主要的大型项目还是位于秦岭以南、青海西宁以南地区。其中钢铁工业以攀枝花和酒泉为两个钢铁基地，煤炭工业以贵州六盘水为煤炭工业基地；成都为轻工业、电子工业和航空业基地，绵阳、广元为核工业和电子工业基地；重庆为兵器工业基地，包括涪陵的816核工厂；贵阳则建设光电工业和一部分飞机工业。
成昆铁路是三线建设的中心。成昆铁路沿线辐射范围广袤，包括四川、云南的7个城市、50余个县。铁路支线和公路四通八达，企业星罗棋布，形成了以攀枝花为中心的大西南经济布局。
据不完全统计，从1964年到1980年，中国在三线建设的中西部地区投入了人民币2000亿元，建设了1000多个工矿企业、基础设施和科研机构。几百万工人、士兵、干部和知识分子，建成了成昆铁路、攀枝花钢铁基地、六盘水煤炭基地等大型项目，使一批没有工业基础的西部城市实现了工业化。
在加紧备战的要求下，三线建设规模过大，超过了当时国家的承受能力。部分项目资金、设备、原料难以到位，被迫多次中途停工停建，工期越来越长，造成了极大的浪费。而过于分散的布局，也给管理和效率上带来很多困难。一些新建项目没有经过严格、充分的论证勘察就仓促上马，耗费了大量人力物力。
例如陕西汉中飞机工业基地，下属20多个单位分散在7个县，光是运输零部件就需要汽车往返几十甚至上百公里，而且员工上下班也非常不便。位于重庆涪陵山区的川东造船厂，原本投产后负责制造常规动力潜艇。但潜艇下水后无法在长江下潜，需要由拖船拖到2000多公里外的长江入海口才能下潜，对武器验证极为不利。
进入1980年代后，与60、70年代相比，中国面临的国际形势已经大为好转。中美两国正式建交，中国南方和沿海不再有大的战争威胁。1982年，苏联领导人勃列日涅夫发表“塔什干讲话”，被认为是改善对华关系的信号。戈尔巴乔夫上台后，苏联在全世界范围内战略收缩，中苏关系逐渐缓和。
作为三线建设的重要决策者和规划者，邓小平开始重新考虑三线建设的问题。他认为：“三线建设的决策是根据世界大战不可避免的观点出发的。而现在看来，在一段较长时间内不发生世界大战是完全有可能的。”
1984年，随着百万大裁军决策的公布，三线建设在国家战略上也成为了一个历史名词。邓小平叫停三线建设，并非对三线建设完全否定。而是要求三线企业服从国民经济建设大局，进行关、停、并、转、迁的多种调整。
比如重庆嘉陵机器厂，原来是制造坦克等军用车辆，转型为摩托车生产商。绵阳的一家军用电子元件厂，从军品改为生产电视机，发展成为后来的长虹集团。
尽管存在这样那样的不足，但是三线建设决策和取得的成就是值得肯定的。从军事角度来看，三线建设发挥了预期的效果。在外部超级大国的核威胁下，把军工产业分散到大西南的崇山峻岭，使任何企图核讹诈的国家都必须三思而行，因为无法在第一波核打击中就全部摧毁中国的军工能力。
三线建设本身也是国民经济发展的一部分，不仅改变了西部地区落后的面貌，还有效的缩小了东西部差距。西南三省被高山峡谷、大江大河与世隔绝的地区，也开始步入工业化时代，发生了翻天覆地的变化。三线建设时期积累的工业设施和基础设施，也为后来的西部大开发打下了基础。
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