陈祖涛一行又从成都到重庆，再到贵阳，尽在大山里转圈子。这期间，他们得知国家将修建从湖北襄樊到四川重庆的襄渝铁路，于是，就确定在湖北西北部的山区选址，大致从湖北的襄樊沿汉水向西一直进入巍峨的武当山，再向西进入秦岭地区。这一路踏勘，陈祖涛看中了湖北郧阳一带。它背靠大山，紧邻即将修建的襄渝铁路；滚滚汉水从身边流过，可以提供丰富的水源，足以保证生产和生活；襄郧公路从襄樊大平原往西，一直通向郧阳的大山深处，交通方便。于是，初步意向就在这里了。
紧接着，陈祖涛在鄂西北和陕西南两地踏勘了20多个县，访问了80多个部门和单位，搜集了道路、地形地质、气象灾异、水电、工农业等多方面的大量资料，经过综合分析，将厂址初步定在郧阳山区一个有近百户居民叫十堰的小镇。
晚年的陈祖涛反思说，在大山区建设现代化的汽车企业究竟是否科学，建在山里，敌人是否就打不着，这是值得探讨的问题。现代化的特大型企业，对水、电、交通有很大的依赖，人是社会动物，几十万人要生活，吃、喝、拉、撒、睡，生、老、病、死，购物、娱乐、上学、看病等最基本的需求必须满足，但在一穷二白的大山区这些都没有。过去强调“先生产、后生活”，但在人的最低生活需求都不能满足的情况下，他生产的热情又能持续多久呢？等我们认识到必须满足人的生活需求才能使其保持工作热情时，除建工厂外，我们又花大力气来建社会——建学校（从小学到大学）、建商场、建医院、建公园、修马路，甚至火葬场，结果我们还是违背了当年进山的初衷——远离城市，我们建了一座城市。
当然，陈祖涛的这些思考，已是事后之议。
厂址确定后，就是人员的内迁。长春第一汽车厂将三级以上的工人和全部技术干部分成三份，由二汽来挑一份。陈祖涛一口气就挑出了2 000多人。1966年10月，中共湖北省委决定成立二汽临时党委，对外称是“国营东风机械厂”。11月，二汽的设备修造厂率先开始动工。
二汽首先要生产的是2.5吨的军用越野车，这是拖大炮的车，要保证打仗的需要。二汽的建设目标是10万辆，其中军用车就有4.5万辆，2.5吨的越野车2.5万辆，3.5吨的越野车2万辆。这个军车生产规模，在全世界的汽车厂中都是没有先例的。其余的5.5万辆是5吨的民用车。
陈祖涛说，这种建设目标在今天看，绝对是错误的，姑且不谈国内能否消化得了这么多军车，就是从经济效益上看，也是非常不合算的。按当时的价格，一辆2.5吨的车就要一二十万，要知道，军车的设计、建造和选材都和民用车不同，成本很高，是不赚钱的。我们能年年掏大把的银子去补这个大窟窿吗？我们的财政本来就是吃饭财政啊！二汽建成后，首先投产的是2.5吨的生产线，结果军队没有钱买，每年只能买1 500~2 000辆，这种产能闲置的代价就是浪费国家大量的钱……
陈祖涛继而总结说：要知道，我们建在三线的很多军工厂都陷入了这个怪圈。当时是一切为了战备，一切服从战备，一切让位于战备，再多的钱也花，再难的事也干，再大的苦也吃，但就是不讲科学。飞机厂搞三套，坦克厂搞三套，潜艇厂搞三套，深山老林里，到处挖洞。我去看过很多厂，崇山峻岭的大山洞里，新建的厂房，崭新的机器设备，就是产品没人要，最后陷入绝境。这不是一两个企业，而是成百上千，国家投资几千亿，其结果最终还是国家损失，工人兄弟们吃苦啊!一家两代甚至三代都窝在山沟里，真是贡献了青春献子孙。所以，我认为，当时提出的“军民结合以军为主”的方针是建立在对形势的错误判断的基础上的，是错误的，已经成为历史的教训。
话说1978年，中国和美国通用汽车公司讨论合作发展重型车，陈祖涛陪同美方代表来到此前从未对外国人开放的十堰市。在参观了漂亮的车城后，美国人称赞十堰是“中国的底特律”。但美方代表爱德华兹最后提了一个问题：“陈先生，我不理解，你们为什么要在这么一个大山沟里建一个世界级的大厂呢？”
陈祖涛日后回忆他当时的心情：“技术上的问题难不倒我，但这个问题我有点犹豫……其实，我们在二汽的建设上是走了大弯路，交了大学费的，这是他们美国人所无法理解的。”
二汽的建设经过，展现了三线项目的基本特征。对这一重大工业大转移的历史评价，是一个十分复杂的命题，或许它永远不会有共识。
三线的建设成果是十分显著的。
在铁路建设方面——从1964年8月到1980年，共建成了成昆铁路、湘黔铁路、焦柳铁路、襄渝铁路、川黔铁路、贵昆铁路，它们把整个西北、西南地区连成了一片，还使西南地区与华中地区、西北地区和华北华中华南地区的交通网络连为一体。同时还配合铁路建设，建成许多公路网络，从根本上改变了我国西部地区交通运输落后的状况，为西部地区的矿产开发、产品流转、工业建设、国防建设创造了交通条件。
在国防工业方面——在重庆地区建成了常规兵器工业生产基地，在四川和贵州建成了电子工业生产基地，在四川和陕西建成了战略武器科研、生产基地，在贵州和陕西、鄂西地区建成了航空和航天工业生产基地，在长江上、中游地区建成了船舶工业科研、生产基地，在西昌建成了卫星试验、发射中心。通过三线建设，将东北、华北地区老军事工业企业的一部分搬迁到西部地区建新厂，基本上达到了将重要军工企业“一分为二”的目的。较高水平的核工业科研生产系统几乎全部放在西部地区。
原材料、能源工业方面——在西部地区形成了大中小相结合的原材料工业体系，建成了攀枝花钢铁基地、重庆钢铁基地、成都地区钢铁工厂、贵州水城钢铁厂等大型企业，新建了西北铜加工厂、兰州连城铝厂、兰州铝厂、冥河铝镁冶炼加工厂、西北铝加工厂和重庆西南铝加工厂。为了与国防工业配套，还建设了重水、炸药、树脂、橡胶、医药企业，建成了西南炼焦煤基地、西北煤炭基地、平顶山、焦作、鹤壁等矿区，新建10万千瓦以上电站68座。
机械工业方面 ——共有241个机械工业工厂、研究所、设计院搬迁到西部地区，后来又新建、扩建大中型项目124个，累计投资94.72亿元，占全国机械工业同期投资的53%。新建了12个重型机械工业制造厂，使西部地区形成了很强的重型机械制造能力。电机电器工业也发展起来，建成了四川东方电机厂、东方汽轮机厂、东方锅炉厂、东风电机厂，形成了年产80万千瓦的发电能力。
汽车工业方面 ——新建了第二汽车制造厂、陕西汽车制造厂、四川汽车制造厂，同时新建了一批配套工厂，使西部地区形成了军民结合的轻、重型汽车批量生产的能力。
轻纺工业方面—— 造纸、制糖、制盐、自行车、缝纫机、手表、合成洗涤剂、塑料制品、皮革制品、棉纺织、毛纺织、丝绸、印染、针织、化纤、纺织机械等生产企业在西部地区全面铺开。其中，新建5万锭以上的棉纺织厂有7个，大中型维尼纶厂有5个。
此外，还在西部地区建成了100多个部属储备性仓库，新建了一批高等院校。到20世纪70年代中期，三线企业许多工业产品的产量达到了全国产量的1/3。在三线建设，平地新建了30多座工业城市，著名的有攀枝花、十堰、德阳、六盘水等。
与上述显赫成就同在的，是三线建设的问题和遗憾。
在布局上，三线建设以“立即要打仗”为假设前提，实施了“靠山、分散、隐蔽、钻洞”等方针，把每个工厂，甚至每个车间都规划建设得极为分散，有的甚至采取了“村落式”、“瓜蔓式”、“羊拉屎”式布局。贵州的飞机部件装配厂分散布置在9平方公里的庞大范围内，仅锅炉房就有10个。以这种游击战、备战化的方法进行工厂建设，低效率、高投资是可以想见的。
由于三线建设是计划经济下的产物，上马十分匆忙，规模非常庞大，加上政治动荡、管理混乱等原因，浪费和损失很惊人。据测算，在1966~1978年的12年中，三线项目的损失、浪费及不能发挥效益的资金高达300亿元，占同期国家用于三线资金的18%以上。
日后，很多领导三线建设的高级官员都从不同角度进行过反思。
薄一波认为教训有四条：一，对战争的威胁估计过分；二，“散、山、洞”方针有严重的片面性；三，小三线也有很大的浪费——所谓小三线，指的是沿海一些省份也把重要工厂一分为二，往山沟沟里搬，造成生产经营的低效和浪费；四，积累率偏高，工业基建规模过大，使得积累和消费失调的矛盾进一步突出。
三线建设期间担任物资管理部部长的袁宝华在谈及工厂选址和布局时说：一些工厂的厂址选择不当，厂子的布局不当，把车间给分散了，都跑到山沟里边去了，造成生产上很大的困难。另外，工厂一进山，就得自己养活自己，自己为自己服务，一个厂子就是一个小社会，什么都得管，厂子的负担相当重，成本很高。改革开放以后，这些三线企业根本留不住人了，因为这些地方学校的质量不好。工程技术人员们讲，自己无非献终身了，绝不能再献子孙，无论如何得离开这个地方给孩子的教育找个出路。最后这些工厂大部分都从山里边又搬了出来。袁宝华还以二汽的选址为例说：“最典型的就是第二汽车厂的建设，把这个汽车厂的车间分散到几条山沟里，脑袋上又顶了一个水库（指丹江口水库），造成生产上的困难，这些流程都不那么顺当，可是就当时来说，这是备战的需要。”
正如袁宝华所描述的，进入20世纪90 年代中期以后，随着国家战略调整，大量的三线工厂被废弃，所有员工及家属全搬到离工厂近200公里外省会城市的生活区生活。2008年，一个曾经参加过三线建设的摄影师陈家刚出版了一本《永远的三线》摄影集，他用镜头摄下了一幢幢被废弃的、尘雾缠绕中的三线厂房。他写道：“这些三线工厂地处大西南的深山沟里，当年国家投资几十亿元建设而成，有成千上万人在那里工作和生活。所有的三线工厂都一样，有派出所、学校、医院、邮局，完全是一个完整的小社会。可后来，那里如同一座座鬼城，只有极少数老弱病残的职工在守着那破旧而废弃的厂房。那成排的生活区家属楼空无一人，楼前杂草丛生，那些以前三线人栽种的苹果、梨树全无人管，任由它自生自灭。”
时任国家基本建设委员会主任的谷牧在《谷牧回忆录》中记叙了这样一件事情：到1965年底，主管经济工作的中央领导们已经意识到三线建设的某些弊病，邓小平、李富春（时任国务院副总理兼计委主任）率队对几处重要建设基地进行了考察，12月4日在昆明召开讨论会，谷牧准备了详细的发言提纲，提出了几个供研讨的命题，包括：“一二线有什么工厂，三线也要有”这个要求如何具体落实？建设在三线的工厂要搞到多大规模？“靠山”靠到什么程度，“分散”分到什么程度？哪些项目要“进洞”？三线建设中的轻重工业比例如何掌握？职工家属如何安排，队伍如何保持稳定？等等。