Việc nâng cấp, mở rộng Nhà máy lọc dầu Dung Quất là phương án mang tính quyết định sự phát triển của nhà máy. Tập đoàn Dầu khí Việt Nam đã thành lập ban chỉ đạo nâng cấp, mở rộng nhà máy. Hiện Công ty lọc hóa dầu Bình Sơn đã hoàn thành báo cáo khả thi chi tiết dự án nâng cấp Nhà máy lọc dầu và dự kiến trong tháng 9, sẽ trình Chính phủ để phê duyệt quyết định đầu tư.
Việc nâng cấp Nhà máy lọc dầu Dung Quất cũng được đàm phán ở cấp liên Chính phủ do Bộ Công Thương làm đầu mối chủ trì làm việc với Bộ Năng lượng Nga nhằm xem xét khả năng Công ty Gazpromneft mua cổ phần và tham gia dự án. Tỉ lệ mua cổ phần và phương án thực hiện vẫn đang được tích cực triển khai ở cấp liên Bộ. Nếu mọi việc tiến hành suôn sẻ thì tới năm 2021, dự án có thể sẽ hoàn thành.