Машиностроение и металлообработка являются важнейшими отраслями тяжёлой индустрии (39,5% всего промышленно-производственного персонала). Широко развито тяжёлое машиностроение, в частности производство металлургического и горнорудного оборудования (Краматорск, Горловка, Дружковка, Дебальцево, Днепропетровск, Кривой Рог, Жданов, Донецк, Харьков); одно из важнейших предприятий — Новокраматорский машиностроительный завод им. В. И. Ленина, выпускающий оборудование для доменных и мартеновских печей, машины для шахт, грузоподъёмные механизмы, кузнечно-прессовое оборудование, шагающие экскаваторы.
Имеются все основные виды транспортного машиностроения: железнодорожное — производство тепловозов (
Основные центры строительно-дорожного машиностроения (производство экскаваторов, скреперов, бульдозеров и др.)— Кременчуг, Киев, Харьков, Бердянск, Николаев и Славянск. Энергетическое машиностроение и электротехническая промышленность особенно развиты в Харькове (заводы — турбинный, электромеханический, «Электротяжмаш» и др.), Полтаве, Токмаке; химическое машиностроение в Сумах (завод им. Фрунзе), Киеве (завод «Большевик»), Бердичеве и Фастове. Важные центры производства технологического оборудования для пищевой и лёгкой промышленности — Киев, Харьков, Одесса, Львов, Мелитополь, Симферополь, Смела, Карловка. Крупные предприятия с.-х. машиностроения (тракторы, свекло- и кукурузоуборочные комбайны, зернопогрузчики, самоходные свеклосеялки, тракторные сеялки, оборудование для животноводческих ферм) размещены в Днепропетровске (завод им. Ворошилова), Кировограде (завод «Красная звезда»), Харькове (тракторный завод, завод «Серп и молот»), Одессе (завод им. Октябрьской революции), Львове («Львовсельмаш»), Херсоне (завод им. Петровского). В Киеве, Харькове, Одессе, Днепропетровске, Краматорске, Хмельницком и др. — станкостроительные предприятия; в послевоенные годы особенно быстро развивалось приборостроение (киевский завод «Точэлектроприбор», Харьковский контрольно-измерительных приборов, Сумской электронных микроскопов, Львовский электроизмерительных приборов и др.). За годы 9-й пятилетки построены машиностроительные предприятия в средних и небольших городах — в Умани, Ковеле (заводы с.-х. машиностроения), Житомире (завод станков-автоматов).
В промышленном комплексе УССР всё более важную роль играет химическая и нефтехимическая промышленность, выпускающая широкий ассортимент продукции основной химии, лаков, красок, синтетических смол, пластмасс, искусственного и синтетического волокна, химических реактивов, фотореактивов, различную продукцию для сельского хозяйства и быта населения. В структуре химической промышленности первое место занимает основная химия, предприятия которой размещаются главным образом в Донецко-Приднепровском экономическом районе (Северодонецк, Славянск, Горловка, Днепродзержинск, Сумы, Константиновка), а также в Киеве, Виннице, Одессе, Красноперекопске. Производство калийных удобрений приурочено к районам добычи сырья (Калушское производственное объединение «Хлорвинил» и Стебниковский калийный завод). Лакокрасочное производство развито более чем в 30 крупных промышленных центрах. Крупнейшие предприятия — Днепропетровский, Донецкий, лакокрасочный завод «Красный химик» (Харьков), Ждановский ультрамариновый, Криворожский суриковый заводы. Создана мощная база для производства высококачественных пигментов (двуокись титана и др.). Крупный центр промышленности синтетических красителей — Рубежанский химкомбинат (Ворошиловградская область). Производство синтетических смол, пластмасс, химических волокон и нитей наиболее развито в Донецке (поливинилхлоридные смолы), Прилуках (фенольно-формальдегидные смолы, пластмассовые изделия), Одессе (переработка смол в плёночные и др. изделия), Северодонецке (стеклопластики, пластмассовые изделия), Днепропетровске (переработка фенольных смол); химические волокна вырабатываются на Киевском, Черниговском производственном объединениях «Химволокно» и на Черкасском, Житомирском и Сокальском заводах химического волокна.