К долгожданной реконструкции на заводе приступили в 1963 году. В 1965 году был введен в строй новый главный корпус мощностью до 20,5 тысяч электродвигателей в год. Параллельно с реконструкцией проводилась и реструктуризация: вместо 12 производственных участков были созданы 6 участков основного производства и 4 — вспомогательного. Обновленный завод был передан в союзное Министерство электротехнической промышленности и подчинен Главному управлению по производству электродвигателей «Главэлектромаш».
С завершением реконструкции уровень специализации производства достиг 96,2%. Никакой другой продукции, кроме морских электродвигателей переменного тока до 100 кВт, завод теперь не выпускал. Главным потребителем стал Военно-морской флот, благодаря чему КУЭМЗ превратился в предприятие военно-промышленного комплекса.