Сооружение Рыбинской ГЭС началось в октябре 1935 года с подготовительного этапа — возведения дорог, базы строительства, жилья. Земляные работы на сооружениях гидро­узла начались в 1936 году, первый бетон был уложен в ноябре 1937 года. Особенностью строительства Рыбинской ГЭС являлось возведение бетонных соору­жений (водосброс­ной плотины, шлюза и здания ГЭС) в котлованах на пойме, вне русел рек. Дело в том, что к 30-м годам XX века в мире научились строить плотины и ГЭС на горных реках и на реках, где есть скальная горная порода на дне. Чтобы плотина не сдвинулась с места, ей нужен надежный фундамент из твердых пород. В Рыбинске горной породы нет, здесь геологи нашли участки с плотной глиной. Строительство плотин на нескальных осно­ваниях, на глине и песке, было очень сложным. Перекрыть равнинную реку, подняв ее уровень на 13-18 метров, непросто. Ведь вода, поднявшись, будет искать другой выход, и все возможные пути нужно преградить протяженными плотинами и дамбами. Возво­дить их из железобетона было дорого и долго. Поэтому была выбрана сложная комбинация из земляных и бетонных сооружений.

Для ускорения работ проектировщики задумали так называемую внерусловую компо­новку. Основные сооружения строились не в русле реки, а на ее берегах. Именно на берегах были возведены из бетона гидроэлектростанции, водосбросные плотины и шлюз для пропуска судов. Лишь после этого старое русло реки перекрывалось земля­ной плотиной. Вода, встретив преграду, поднимала свой уровень и устремлялась по новому, специально построенному руслу через прочные бетонные сооружения.

К 1938 году земляные работы по котлованам основных сооружений (водосбросная плотина, шлюз, здание ГЭС) были завершены. Земляные работы были довольно хорошо механизированы — примерно на 70 %. Активно использовались экскаваторы, авто­транс­порт, а также специальные железнодорожные вагоны — думпкары. Широкое распространение получила гидромеханизация.

24 июня 1940 года была перекрыта Волга, а 24 октября того же года — Шексна, пропуск воды производился через водосбросную плотину. Наполнение Рыбинского водохра­нилища началось 13 апреля 1941 года (до проектной отметки водохранилище было наполнено только в мае 1947 года), а 17 мая была сдана в эксплуатацию первая нитка шлюза. К началу войны здание ГЭС не было доведено до крыши, велись работы по мон­тажу первых двух гидроагрегатов. В крайне трудных условиях, с использованием времен­ных навесов и брезентовых шатров 18 ноября 1941 года первый промышленный ток Москве дал первый гидроагрегат Рыбинской ГЭС мощностью 55 МВт. 22 ноября 1941 года, при готовности станции около 80%, строитель­ство ГЭС в связи со складываю­щимися тяжёлыми условиями было прекращено и возобновлено весной 1942 года. Тем не менее, 15 января 1942 года удалось пустить второй гидроагрегат.

В 1942 году был выполнен небольшой объём работ, над агрегатами установили временную кровлю. В 1943 году смонтировали электро­техническое оборудование, начали монтаж третьего гидроагрегата (станционный № 5), он заработал 15 августа 1945 года. Четвёртый агрегат (станционный № 6) был пущен 31 марта 1948 года, пятый (станци­онный № 4) — 7 декабря 1949 года, последний, шестой гидроагрегат (станци­онный № 3) — 30 декабря 1950 года. Строительство ГЭС было завершено с утверждением Советом Министров СССР акта правительственной комиссии о приеме Угличской и Рыбинской ГЭС в промышленную эксплуатацию 30 июля 1955 года. Постепенно развивалась и схема выдачи мощности станции. Первая ЛЭП на Москву была введена в эксплуатацию в 1941 году, вторая — в 1943 году, линии на Череповец были построены в 1959 и 1963 годах, линии 110 кв на Рыбинск — в 1945 и 1951 годах.

Всего на строительстве Рыбинской ГЭС было выполнено 34 млн. м³ земляных работ, уложено 1,533 млн. м³ бетона, смонтировано 36,2 тыс. т металлоконструкций; для сравнения, при строительстве Днепрогэс было выполнено 8 млн. м³ земляных работ и уложено 1,2 млн. м³ бетона. На момент строительства Рыбинская ГЭС была круп­нейшей по мощности гидроэлектростанцией (330 МВт) в РСФСР и второй в СССР, уступая лишь Днепрогэс (ее мощность в то время составляла 560 МВт). Также она являлась крупнейшей ГЭС в СССР и в мире, построенной на нескальном основании.

В 1931 году пленумом ЦК ВКП (б) было принято решение о строительстве канала Москва-Волга. Вновь ставшая столицей теперь уже советского государства Москва, крупный промышленный город с полуторамиллионным населением, остро нуждалась в воде. Обводнение Москвы-реки путем соединения с верховьем Волги позволяло решить эту проблему.

В 1932 году был разработан проект переустройства главной транспортной артерии Советского Союза «Большая Волга». Глубоководный путь от северных промыш­ленных областей страны к сельскохозяйст­венному югу был важен и для укрепления военной мощи молодого государства. В те годы по Волге ежегодно транспорти­ровалось 33 миллиона тонн грузов, в том числе и для военной промышленности. Каскад подпи­рающих друг друга гидроузлов обеспечивал необходимые для навигации отметки, регулировал сток Волги, избавляя приволжские города от наводнений, обеспе­чивал ирригацию и выработку электроэнер­гии.

Разработками гидротехнической реконструк­ции Волги занимались различные ведом­ства, выдвигалось множество проектов, среди специалистов шли дискуссии о коли­честве и основных параметрах входящих в каскад гидроузлов. В марте 1932 года решением союзного Совнаркома был принят проект строительства двух гидроузлов на Волге: первого в районе Ярославля для Ивановской промышленной области, (Ярославль в те годы входил в Ивановскую область) и второго в районе Балахны для Горьковской области. Однако детализация проекта показала, что Ярославский гидроузел будет иметь малую регулирующую емкость водохранилища, что приво­дило бы к остановке ГЭС в период половодий и паводков. Строительство остановили.

По новому проекту Москваволгостороя предполагалось перенести ГЭС в район Рыбинска, а вместо планируемых Мышкинс­кого и Калязинского гидроузлов построить один — Угличский. Этот проект выгодно отличался от предыдущих, поскольку давал больше возможностей для судоходства и выработки электроэнергии.

Созданная при Госплане экспертная комиссия утвердила новую схему Волжского каскада. 14 сентября 1935 года Центральный комитет ВКП (б) и Совнарком СССР приняли поста­новление «О строительстве гидроузлов в районе Углича и Рыбинска». В короткий срок гидростроителям предстояло освоить только на двух гидроузлах мощности, равные половине всех гидроэнергетических мощ­ностей, предусмотренных планом ГОЭЛРО на 15 лет.

Для строительства Рыбинской и Угличской ГЭС создали специализированную организа­цию — Волгострой НКВД, ориентированную на преимущественное использо­вание труда заключенных. При Волгострое 7 октября 1936 года был образован Волголаг.

В связи с приостановкой работ по строи­тельству станции, 24 февраля 1942 года Волголаг был отделен от Волгостроя и реорганизован в Рыбинский исправи­тельно-трудовой лагерь (ИТЛ) значительно меньшей численности. Всего на строи­тельстве Рыбинской ГЭС было выполнено 34 млн. м³ земляных работ, уложено 1,533 млн. м³ бетона, смонтировано 36,2 тыс. т металло­конструкций; для сравнения, при строи­тельстве Днепрогэс было выполнено 8 млн. м³ земляных работ и уложено 1,2 млн. м³ бетона.

На момент строительства Рыбинская ГЭС была крупнейшей по мощности гидро­электро­станцией (330 МВт) в РСФСР и второй в СССР, уступая лишь Днепрогэс (ее мощность в то время составляла 560 МВт). Также она являлась крупнейшей ГЭС в СССР и в мире, построенной на нескальном основании.

В начале 30-х годов XX века Рыбинск начал быстро расти, превращаясь из торгового в промышленный. Существенную роль играл речной порт и связанные с ним склады, в том числе хлебные элеваторы.

Строительство гидроэлектростанции дало Рыбинску невиданной силы импульс к разви­тию. Появились новые промышленные предприятия, развернулось жилищное строительство, произошло обустройство рабочего поселка, наладилось железно­дорожное и шоссейное сообщение с близлежащими населенными пунктами.

Население города Рыбинска, в 1931 году составлявшее около семидесяти тысяч чело­век, к 1939 году возросло практически в два раза и приблизило к ста пятидесяти тысячам.

Помимо основных сооружений гидроузла, важным сооружением, входящим в програм­му работ Волгостроя, был Рыбинский городской мост. Он должен был стать первым городским мостом через Волгу.

Мост был спроектирован арочным железо­бетонным с четырьмя увеличивающимися пролетами. Общая длина моста — семьсот двадцать пять метров. Пролет судоходной части, двести двадцать пять метров, должен был стать рекордным среди железобетон­ных мостов. Ширина проезда с тротуарами была запланирована восемнадцать с поло­виной метров. Объем основных земляных работ был равен ста шестидесяти семи тысячам кубо­метров, бетонная и железобетонная кладка — шестидесяти одной тысячи кубометров. Стоимость моста оценивалась в тридцать миллионов рублей.

Архитектором первого проекта Рыбинского моста был Евгений Уланов, родной брат всемирно известной балерины Галины Ула­новой. Именно он спроектировал для Рыбинска арочный мост с пролетными строениями, основными несущими конструк­циями которых служат своды. По проекту мост должен был пройти через территорию, занимаемую Спасо-Преображенским собором (в нём располагался речной вокзал), поэтому собор подлежал сносу. Авторским решением было передвинуть два судоходных пролёта ближе к правому берегу так, чтобы они подчеркивали вертикаль Спасо-Преображенского собора. В 1940 году работы по сооружению моста были начаты, установлена часть бетонных опор моста.

Великая Отечественная война остановила строительство. Работы возобновились лишь в феврале 1957 года. 25 августа 1963 года мост был принят в эксплуатацию с рядом недо­делок, которые устранялись еще 2 года.

Успех строительства гидроузла во многом зависел от организации подсобного хозяй­ства, от бытовых условий, созданных для строителей. Поэтому вопросы гражданского строительства занимали первоочередное место. Необходимо было создать жилфонд, медико-санитарные учреждения, столовые, мастерские, заводы, все то, что требуется для отдельного городского хозяйства и для хозяйства, обслуживающего основные сооружения.

В комплексе подсобных вспомогательных предприятий Волгостроя видное место занимал механический завод № 1, предназ­наченный для обслуживания главным образом Рыбинского гидроузла и отдельных предприятий, и строительных участков Волгостроя. Завод находился на левом берегу Волги — между шлюзом и ГЭС.

В то же время построили и рабочий посёлок Волжский, ныне микрорайон Волжский в городе Рыбинске. В основном это был комплекс деревянных бараков, в которых жили строители, инженеры и обслуживающий персонал. В военное время, несмотря на то, что завод авиационных двигателей (ныне НПО «Сатурн») был эвакуирован в Уфу, производ­ство деталей для Рыбинской гидроэлектро­станции осталось на прежнем месте, но было перепрофилировано в механические мастерские Волгостроя. Завод имел заготови­тельные и обраба­тывающие цеха — модельно-столярный, литейный, кузнечный, механи­ческий, цех металлоконструкций и котельных работ, ремонтные цеха, подсобно-инстру­менталь­ный цех. Впоследствии на месте мастерских разместился Волжский машиностроительный завод (ВМЗ), работавший на нужды военно-промыш­ленного комплекса и «мирный атом».

В настоящее время Волжский машинострои­тельный завод не сохранился (в 1999 году объявлен банкротом), на его территории (в граничащей с микрорайоном Волжской промзоне) разместились ОАО «Русская механика» и ОАО «Сатурн — Газовые турбины».

Поселок Переборы (на данный момент микрорайон в городе Рыбинске) являлся административным центром строительства. Благодаря Волгострою поселок получил свой Дом культуры (на месте клуба сейчас располо­жен Детский парк) — двухэтажное каменное здание с красивым фасадом, украшенное колоннами и скульптурами В. И. Ленина и И. В. Сталина. В здании был зрительный зал на пятьсот человек, большое фойе, библиотеку, парткабинет и достаточно комнат для работы кружков.

Теплое и гостеприимное здание, всегда уютная атмосфера, любимые сеансы кино, танцевальные вечера, концерты, спектакли. Во время проведения мероприятий всех гостей встречал своей музыкой оркестр, который располагался на втором этаже просторного фойе.

Принадлежавшее управлению Волгостроя здание поселкового клуба с первого апреля 1953 года формально стало принадлежать кабельному заводу. К тому времени подавля­ющая часть актива клуба состояла из рабочих и служащих предприятия. На них и держалась вся культурная жизнь поселка. В конце 50-х в кружках занималось около двухсот человек.

В поселке появился Дом инженера и техника со зрительным залом на 250 человек, со строительной выставкой и комнатами для занятий. Построили поликлинику с кабине­тами врачей всех основных специальностей, с рентгеновскими кабинетами, с водолече­нием и светолечением; здание управления, промбанк, школы, детсады, магазин, столовую. Кроме того, построили школу на четыреста человек. В поселке Переборы Волгострой вел жилищное строительство: семьдесят восемь жилых домов (основные типы жилых домов — двух, четырех, восьми, двенадцати квартирные дома в один и два этажа и двухэтажные коммунальные дома комнатной системы), хозяйст­венные сараи и водопровод.

От станции «Рыбинск Пассажирская» (ныне главный железнодорожный вокзал города Рыбинска) до станции «Переборы» Волго­строй проложил железнодорожный путь протяжением двенадцать километров. Благодаря строительству Рыбинского гидро­узла город получил шоссейное сообщение с Угличем.

Кино и ГЭС. В Рыбинске на территории посел­ка ГЭС и на самой гидроэлектростанции снято большое коли­чество художественных сери­алов («МУР», «Мосгаз», «Палач», «Смерш» и другие), а также несколько доку­ментальных фильмов.

Самый первый игровой фильм был снят в 40-е годы. Это советский двухсерийный художест­венный фильм, политическая драма 1937 и 1939 годов «Великий гражданин», режиссёра Фридриха Эрмлера. Творческий кол­лектив был удостоен Сталинской премии I степени (1940 г). Экспериментальная телевизионная трансляция фильма стала первой в истории телевидения СССР (1938 г).