За годы первых пятилеток (1929—1940 годы) завод был коренным образом реконструирован и превращён в базу для производства высококачественной стали для предприятий автомобильной, тракторной промышленности, сельскохозяйственного машиностроения. Так, например, 20 января 1936 года на заводе началась стахановская пятидневка. В первый день пятидневки мартеновцы произвели 2033 тонн стали при плане в 1653 тонны, прокатчики — 2030 тонн (план — 1600), блюминг — 1811 тонн (план — 1300). Наращивая темпы производства и осваивая новые марки, к 1941 году предприятие становится единственным металлургическим гигантом Юга страны, производящим 9 % всей выпускаемой стали для оборонной промышленности СССР. Во время Великой Отечественной войны 1941—1945 годов завод был полностью разрушен, но уже через 5 месяцев после окончания Сталинградской битвы, 31 июля 1943 года, завод под руководством Паруйра Матевосяна выдал первую плавку стали, а 31 августа — первую тонну проката. К 1949 году был превзойдён довоенный уровень производства.