任国营853厂党委书记、厂长，国营844厂党委书记。1960年8月，任中共西安市委常委兼工业部部长。1963年12月，陕西成立中共陕西省委工业交通工作部，与省委国防工委合署办公，张方海任部长。1964年6月至1966年5月，任中共宝鸡市地委书记。文化大革命期间受到迫害。1973年7月，当选为陕西省总工会主任。1979年4月27日，当选为中国科学院副秘书长。马文瑞主政陕西后，请求中央调张方海返回陕西，并委任其为省委书记处书记。1981年5月，任中共陕西省委常委兼组织部部长（替代杨文海）。同年11月任中