ב-1963 החליטה הליגה על התרחבותה, כאשר הכוונה הייתה בעיקר להתפשט אל אזור החוף המערבי של ארצות הברית, אזור אותו לא כיסתה ה-NHL שחששה שליגות משניות שפעלו באזור תשאפנה לגדול ולהתחרות בה. 14 בקשות לזיכיון התקבלו בליגה, ובסופו של דבר החליטה הליגה ב-1966 להעניק זיכיונות ללוס אנג'לס, מיניאפוליס - סיינט פול, פילדלפיה, סנט לואיס, סן פרנסיסקו ופיטסבורג. בכך החליטה הליגה בעצם על הכפלת גודלה מ-6 ל-12 קבוצות.
ההחלטה של הליגה גרמה למרמור גדול בקנדה, היות שבין היתר נדחתה הצעתה של ונקובר, והליגה החליטה להתרחב רק בארצות הברית.
עידן ההתרחבות (1967 - 1992).
העידן שבין 1967 ו-1992 אופיין בכמה נקודות עיקריות:
התרחבות ראשונה - 12 קבוצות.
צירופן של שש הקבוצות החדשות - לוס אנג'לס קינגס, סנט לואיס בלוז, קליפורניה סילס (שפעלה בסן פרנסיסקו), מינסוטה נורת'סטארס, פיטסבורג פינגווינס ופילדלפיה פליירס - הכפיל את מספר קבוצות הליגה ל-12 לפני עונת 1968. לראשונה חולקה הליגה לשני בתים, כאשר הקבוצות החדשות קובצו יחד בבית המערבי, והקיימות בבית המזרחי.
הקבוצות הוותיקות של הבית המזרחי המשיכו לשלוט בליגה באותן שנים, כאשר ששת גביעי סטנלי הראשונים אחרי ההתרחבות התחלקו בין מונטריאול (4) ובוסטון (2). קבוצת ההתרחבות הראשונה שזכתה בגביע הייתה פילדלפיה פליירס, עם שני גביעים רצופים ב-1974 ו-1975.
תקופת ההתרחבות הראשונה הטביעה את חותמה בדמות כוכב נוסף שנזכר כאחד השחקנים הטובים בהיסטוריה של הענף - בובי אור, מגן ששיחק בבוסטון. אור זכה 8 פעמים רצופות בתואר מגן העונה בליגה, ונחשב בעיני רבים למגן הטוב ביותר בהיסטוריה של המשחק. אור היה גם מבקיע מצטיין והיה פעמיים מלך הנקודות (שערים + אסיסטים) של הליגה, המגן היחיד אי פעם שהגיע להישג זה, ובכך שינה את צורת המשחק של המגן בהוקי קרח מאז ועד היום, כאשר המגינים מעורבים יותר ויותר גם במשחק ההתקפה.
התרחבות שנייה - 14 קבוצות.
הכעס הגדול בקנדה על כך שבהתרחבות לא נכללו קבוצות קנדיות, ובפרט קבוצה בוונקובר, הביא את ה-NHL לפתוח שוב את החלטת ההתרחבות, ולקבל לשורותיה ב-1971 שתי קבוצות נוספות - ונקובר קנאקס שהגיעה מליגה משנית, ובאפלו סייברס. בכך גדל מספר הקבוצות בליגה ל-14.
סדרת הפסגה והמעורבות בהוקי הבינלאומי.
במהלך ספטמבר 1972 החל עידן חדש ב-NHL, עידן שיתוף הפעולה בין ה-NHL וההוקי הבינלאומי. סדרת הפסגה הפגישה בפעם הראשונה את נבחרת ברית המועצות, שנחשבה לטובה ביותר בהוקי קרח הבינלאומי, עם נבחרת קנדה שהורכבה לראשונה משחקני NHL.
הסדרה, שבקנדה היו בטוחים שתסתיים בניצחון מכריע לטובתם, הסתיימה לבסוף בניצחון דחוק ודרמטי של קנדה שנזקקה לשער מכריע בדקה האחרונה של המשחק האחרון כדי להכריע אותה. אחרי סיום הסדרה פגשה הנבחרת הקנדית עם שחקני ה-NHL בפראג את נבחרת צ'כוסלובקיה, שנחשבה שנייה רק לברית המועצות בהוקי הבינלאומי, ונזקקה לשער 4 שניות לסיום כדי לחלץ תיקו 3:3.
הסדרה והמשחק מול צ'כוסלובקיה היוו צלצול השכמה עבור הליגה, שנוכחה לדעת שבהוקי קרח הבינלאומי יש כוחות שהגיעו לרמה מקבילה אליה. מכאן והלאה החלה סדרה של מפעלים ומשחקי ראווה בין נבחרות וקבוצות בהוקי הבינלאומי לאלה של ה-NHL. המפעלים הגדולים שהחלו בעקבות סדרת הפסגה היו גביע קנדה שבו נפגשו נבחרות לאומיות כאשר נבחרת קנדה מורכבת משחקני NHL, ו"סדרת העל" שבו נפגשו קבוצות NHL עם מועדונים בכירים בהוקי הבינלאומי לסדרות של משחקי ראווה.
תוצאה נוספת של סדרת הפסגה הייתה פתיחות גדולה יותר של קבוצות ה-NHL לכישרונות אירופיים. קבוצות ה-NHL החלו לבחור שחקנים בינלאומיים בדראפט, אם כי בשל המלחמה הקרה התאפשר להן באותה תקופה לקלוט שחקנים בעיקר מפינלנד ושוודיה.
התחרות עם ה-WHA וההתרחבות השלישית - 18 קבוצות וחלוקה ראשונה לחטיבות.
ב-1972, לפני סדרת הפסגה, הייתה ה-NHL טרודה בתחרות שהגיעה מכוון ליגה חדשה - ה-World Hockey Association, או WHA. הליגה החדשה החלה לנגוס במאגר השחקנים של ה-NHL, וכבר אחרי העונה הראשונה ערקו 67 שחקנים אל הליגה החדשה ובראשם בובי האל, כוכבה של שיקגו בלאקהוקס ואחד השחקנים המשמעותיים בליגה. ה-WHA רשמה הצלחה נוספת בכך ששכנעה את גורדי האו, הכוכב הגדול של שנות ה-60, לחזור מפרישה ולשחק בה.
התחרות עם ה-WHA התבטאה לא רק במאבק על שחקנים. שחקני שערקו ל-WHA לא הורשו לשחק בסדרת הפסגה של 1972, וה-WHA קיים בתגובה סדרת פסגה משלו נגד נבחרת ברית המועצות ב-1974. כמו כן, החלה תחרות על שווקים. אולמות חדשים שהוקמו בלונג איילנד ואטלנטה שכנעו את ה-NHL להתרחב לשם על מנת לתפוס את האולמות לפני ה-WHA, וכך הצטרפו לליגה ניו יורק איילנדרס ואטלנטה פליימס. בקיץ 1974, לקראת עונת 1975, המשיכה ה-NHL להתרחב, וצירפה את קנזס סיטי סקאוטס ואת וושינגטון קפיטלס. בכך הגיע מספר הקבוצות בליגה ל-18.
ההתרחבות הנמשכת של הליגה הביאה לכך ששני בתי הליגה פוצלו שוב, ובליגה נוצרו לראשונה שתי חטיבות (Conferences) שכללו שני בתים כל אחת. "חטיבת נסיך ויילס" הפכה לימים לחטיבה המזרחית ו"חטיבת קלרנס קמפבל" הפכה לימים לחטיבה המערבית. חלוקת החטיבות באותם ימים לא הייתה על בסיס גאוגרפי.
המיזוג עם ה-WHA והתרחבות רביעית - 21 קבוצות.
ב-1976 נקלעו שתי הליגות לקשיים כלכליים, והיה ברור שהתחרות ביניהן גובה משתיהן מחיר כבד ושאיחוד הוא בלתי נמנע. שיחות איחוד החלו, וצברו תנופה כאשר נשיא הליגה, קלרנס קמפבל, פרש והוחלף על ידי ג'ון ציגלר ב-1977. ב-1979, לאחר שהשיחות הגיעו לידי סיכום, הפסיקה ה-WHA את פעילותה, וה-NHL קיבל לשורותיו ארבע קבוצות מה-WHA: ניו אינגלנד ויילרס, קוויבק נורדיקס, וויניפג ג'טס ואדמונטון אוילרס, שהביאה אל הליגה את כוכבה בן ה-17 וויין גרצקי.
במקביל, התפרקה קבוצת קליבלנד בארונס - הגלגול המאוחר של קליפורניה סילס, שלא הצליחה להיקלט בליגה הן מבחינת הישגים מקצועיים והן מבחינת התעניינות קהל מאז שצורפה לליגה. את שנות ה-80 החלה ה-NHL עם 21 קבוצות.
1980 - 1988: עידן האיילנדרס והאוילרס.
שנות ה-80 היו בעיקרן מאבק בין שתי קבוצות - ניו יורק איילנדרס, שזכתה ב-4 גביעי סטנלי רצופים בתחילת העשור, ואדמונטון אוילרס שזכתה ב-5 גביעים מתוך 7 העונות הבאות.
אדמונטון אוילרס של המחצית השנייה של שנות ה-80 הציגה לדעת רבים את אחת הקבוצות הטובות בתולדות הליגה. שישה משחקני אותה קבוצה התקבלו כחברים בהיכל התהילה של ההוקי, ומעל כולם עמד וויין גרצקי ששבר עשרות שיאי NHL שחלקם מחזיק מעמד עד היום. גרצקי נחשב לדעת רבים לשחקן ההוקי קרח הגדול בכל הזמנים.
ב-1981 חולקו חטיבות הליגה מחדש, ולראשונה מאז החלוקה לבית אמריקאי ובית קנדי בשנות ה-20 של המאה ה-20 הציגה הליגה חלוקה על בסיס גאוגרפי - "חטיבת נסיך ויילס" כיסתה את החלק המזרחי של היבשת, ו"חטיבת קלרנס קמפבל" את החלק המערבי.
1988 - 1992: התרחבות דרומה ונפילת מסך הברזל.
בקיץ 1988, באחת ההעברות המתוקשרות והמשמעותיות ביותר בתולדות הספורט בצפון אמריקה, עזב וויין גרצקי את אדמונטון ועבר לשחק בלוס אנג'לס קינגס - קבוצה חסרת תארים שהתחרתה בשוק ספורט עמוס מול לוס אנג'לס לייקרס באחת מתקופות השיא שלה, מול לוס אנג'לס דודג'רס שנאבקה על אליפות ה-MLB, ומול לוס אנג'לס ריידרס מצמרת ה-NFL.
המעבר של גרצקי הוכיח את עצמו מעל ומעבר לליגה. הקינגס תפסו מקום של כבוד בשוק הספורט של לוס אנג'לס, ואולמם הביתי היה מלא מדי משחק בעיקר בזכות נוכחותו של גרצקי. העלייה המטאורית בפופולריות של הקינגס סחפה אחריה את כל שוק צופי הספורט בארצות הברית, והפופולריות של הוקי קרח בארצות הברית בכלל, ובמערב ובדרום בפרט, עלתה בצורה דרמטית. במדי הקינגס גם שבר גרצקי ב-1989 את שיאי ההבקעה של גורדי האו, ומכאן המשיך ושיפר אותם עד פרישתו ב-1999.
התפתחות נוספת שהשפיעה לחיוב על הליגה הייתה נפילת מסך הברזל, ושטף השחקנים ממזרח אירופה (בעיקר מברית המועצות לשעבר ומצ'כוסלובקיה) שהציף את ה-NHL. בעוד שבליגה שיחקו כבר שחקנים משוודיה ופינלנד, כמו גם מספר מועט של שחקנים שערקו ממזרח אירופה, הרוב המכריע של הכוכבים המזרח אירופים לא הורשה לצאת ל-NHL עד אז, למרות רצון עז מצד קבוצות ה-NHL לגייסם לשורותיהם.
ב-1989 הורשה שחקן נבחרת ברית המועצות, סרגיי פריאחין, לצאת מארצו ולשחק בקלגרי פליימס - הסובייטי הראשון שיצא לשחק ב-NHL בברכת השלטונות של המדינה המתפרקת; אחריו בא גל גדול של שחקנים, ומשקלם של האירופים ב-NHL הלך ועלה עד רמתו הנוכחית, כ-30%.
ההצלחה של לוס אנג'לס קינגס עם מעברו של גרצקי והמאגר החדש של כוכבים ברמה גבוהה שכנעו את ה-NHL לכבוש שווקים חדשים. קבוצה חדשה נוסדה באוטווה ולקחה את שמה של הקבוצה הישנה שהייתה ממייסדות הליגה - אוטווה סנטורס; שני זיכיונות נוספים שאפו לנצל את הפופולריות הגואה של המשחק בדרום ארצות הברית בעקבות מעברו של גרצקי, וכך קמו טמפה ביי לייטנינג וסן חוזה שארקס.
התפתחויות נוספות בליגה.
גם בעידן ההתרחבות הציגה הליגה מספר שינויים חשובים בציוד ובחוקה.
ב-1980 התקבלה בליגה תקנה המחייבת שחקנים לחבוש קסדות. תחילתו של המהלך הייתה ב-1968 במקרה מוות של שחקן בזירה בעקבות תיקול שהפך אותו באוויר על ראשו - עד היום זהו מקרה המוות היחיד ב-NHL של שחקן תוך כדי משחק. כתוצאה מהמקרה החל מספר גובר והולך של שחקנים לחבוש קסדה באופן וולונטרי.
ב-1981 חולקו 21 הקבוצות שהיו ב-NHL באותו זמן ל-4 בתים בחלוקה גאוגרפית, ולראשונה נקבע שהעולות לפלייאוף תיקבענה על פי הדירוג בכל בית בנפרד.