三尾発電所
1958年(昭和33年)になって、関西電力は牧尾発電所計画を廃止し、新たに「木曽発電所」建設計画を立案した。牧尾ダム貯水池から取水し、途中木曽川支流小川からの取水も一部あわせて19.5キロメートルの水路トンネルにて導水、既設大桑発電所(大桑村所在)に発電所を置いて最大11万キロワットを発電する、という計画である。木曽川・王滝川合流地点の下流側に連なる寝覚・上松・桃山・須原・大桑の5発電所に関する再開発を目的としたもので、調整池を持たない流込み式(自流式)発電所である上にほとんどが小規模のため王滝川最上流三浦ダム貯水池の放流を取水しきれないという状況の改善を狙いとした。
しかし上記木曽発電所の計画も、着工段階に入って再度変更された。修正計画は、牧尾ダムに付帯する発電所(王滝川発電所)の計画を再び起こし、流込み式発電所の再開発を狙った木曽発電所については牧尾ダムの下流、木曽川合流点付近に新設する調整池に取水地点を改める、というものである。発電所が2か所に分割されたは、水路掘削ルート上に地質不良箇所が複数発見され難工事が予想されたため。上流側の「王滝川発電所」は牧尾ダム貯水池から取水し、三岳村字沢渡(既設常盤発電所対岸付近)に発電所を置いて3万4000キロワットを発電するものとされ、1960年(昭和35年)5月29日付で国の電源開発調整審議会で建設が承認された。
1961年(昭和36年)3月、愛知用水公団(現・水資源機構)によって建設されていた王滝川牧尾ダムが完成した。木曽川合流点より約10キロメートル上流の地点に位置する、堤高(基礎岩盤上高さ)105メートルのロックフィルダムである。牧尾ダムによって形成される貯水池「御岳湖」は7500万立方メートルの貯水量を有し、愛知用水の水源としての役割を持つ。
この牧尾ダムの建設に際し、ダムに付帯する水力発電所の建設もあわせて計画された。当初計画では、テネシー川流域開発公社 (TVA) のように用水工事を施工する事業主体が自ら発電所を建設することが想定された。愛知用水公団設立前、農林省の計画では、出力最大2万5000キロワットのダム水路式発電所をダム下流左岸に建設する予定であった。その後、ダム設置地点の見直しにより発電所規模は出力1万4000キロワットへ縮小される。さらに、1955年(昭和30年)の愛知用水公団設立ののち、公団による送電線建設の経済性、牧尾ダムからの放流による下流既設発電所の発電量増加などを考慮し、木曽川水系の既設発電所を管轄する関西電力に発電所建設を委ねる方針に転換された。翌1956年(昭和31年)12月、公団と関西電力の間に基本協定が交わされ、ダム直下に出力1万キロワットの「牧尾発電所」を建設することが決定された。