В годы первых пятилеток, старт которым дали за несколько лет до официального образования Челябинской области, в регионе строились «флагманы индустриализации»: Магнитогорский металлургический комбинат, Челябинский тракторный завод. Накануне Великой Отечественной войны в области стремительно строились предприятия черной и цветной металлургии, машиностроения, развивалась угольная и химическая промышленность.

В годы Великой Отечественной войны Челябинская область стала кузницей Победы, обеспечивая фронт металлом, боеприпасами и боевой техникой. Так в магнитогорскую броню были одеты десятки тысяч советских танков. Каждый третий снаряд, выпущенный по врагу, был сделан из магнитогорской стали. За годы войны в Челябинске было произведено 18 тысяч танков, что составляет пятую часть от всех выпущенных в стране. А на заводе им. Колющенко было освоено производство установки БМ-13 – знаменитых «Катюш».

Строительством в 1945-1948 годах завода № 817 по производству оружейного плутония (химкомбинат «Маяк», г. Озерск) было положено начало развитию атомной промышленности на территории Южного Урала. В 1948 г. в Златоусте появилось специальное конструкторское бюро № 385 по производству ракетной техники. С конца 1940-х годов на Южном Урале началось создание Государственного ракетного центра (ГРЦ) им. В. П. Макеева. В 1952 г. началось строительство предприятия по серийному производству ядерных боеприпасов в г. Трехгорном, с 1954 г. создается федеральный ядерный центр в городе Снежинске.