Sau sự kiện vịnh Bắc Bộ (ngày 5/8/1964), ngày 7/2/1965 đế quốc Mỹ chính thức tiến hành cuộc chiến tranh phá hoại bằng không quân và hải quân đối với miền Bắc nước ta. Cả dân tộc ta bước vào một thời kỳ mới – thời kỳ kháng chiến chống Mỹ cứu nước. Đây là thời kỳ đầy thử thách cam go và ác liệt nhưng rất hào hùng trong lịch sử xây dựng và phát triển của Đảng bộ và Nhà trường.
Sau chỉnh huấn Đảng mùa xuân 1965, Đảng bộ đã tập trung lãnh đạo thực hiện chủ trương chuyển hướng đào tạo phù hợp với tình hình mới, vừa giảng dạy, học tập, công tác, bảo vệ trường sở và sẵn sàng chiến đấu.
Đảng bộ đã đề ra nhiều chủ trương và biện pháp lớn về chuyển hướng công tác đào tạo, công tác đời sống, công tác bảo vệ, phòng không, tổ chức chiến đấu và phục vụ chiến đấu, điều động cán bộ tập trung cho các khâu yếu, khâu chính và các công tác đột xuất… nhằm đảm bảo kế hoạch đào tạo và mọi hoạt động của Nhà trường trong điều kiện khắc nghiệt của chiến tranh.
Công tác giáo dục chính trị tư tưởng tập trung vào các nội dung chủ yếu: tiếp tục giáo dục đường lối chống Mỹ cứu nước, đường lối cách mạng xã hội chủ nghĩa, nguyên lý phương châm giáo dục của Đảng, giáo dục đạo đức cách mạng và tác phong công tác của Hồ Chủ tịch, giáo dục về chủ nghĩa yêu nước, yêu chủ nghĩa xã hội, giáo dục tinh thần cảnh giác cách mạng, sẵn sàng chiến đấu và chiến đấu dũng cảm…
Công tác xây dựng Đảng được Đảng bộ đặc biệt quan tâm, đã tiến hành sắp xếp kiện toàn lại các tổ chức Đảng cho phù hợp với tình hình sơ tán. Tháng 10/1966 thành lập 2 Liên chi Đảng, đến tháng 1/1970 Đảng bộ đã có 4 Liên chi Đảng ở 4 khoa. Tiếp tục đẩy mạnh phong trào xây dựng chi bộ 4 tốt có bổ sung thêm những nội dung mới phù hợp với điều kiện thời chiến.
Đã triển khai thực hiện tốt Chỉ thị 90 của Trung ương Đảng về cuộc vận động bảo vệ Đảng trong toàn Đảng bộ, kết quả đạt được là: đã khơi dậy ý thức cảnh giác bảo vệ Đảng, lòng trung thực của đảng viên đối với Đảng; một số ít cán bộ đảng viên có vấn đề lịch sử đã được kết luận, công tác quản lý nội bộ để bảo vệ Đảng được tăng cường. Tháng 10/1969 Đảng bộ đã tổ chức đợt sinh hoạt chính trị lớn trong toàn Trường "Học tập và làm theo Di chúc của Hồ Chủ tịch". Tháng 6/1970 triển khai Nghị quyết 195 của Bộ Chính trị về cuộc vận động "Nâng cao chất lượng đảng viên và kết nạp đảng viên lớp Hồ Chí Minh", trong đợt này đã kết nạp được 34 đảng viên mới. Trong cả thời kỳ, Đảng bộ kết nạp được 247 đảng viên.
Trải qua 8 năm chiến tranh ác liệt với 2 lần di chuyển sơ tán, năm 1965 về Lục Nam (Hà Bắc) và Phú Xuyên (Hà Tây), năm 1972 về Việt Yên, Hiệp Hoà (Hà Bắc). Vượt qua mọi khó khăn gian khổ cán bộ, đảng viên, giáo viên, công nhân viên và sinh viên đã nhanh chóng xây dựng và ổn định trường sở, phát triển quy mô đào tạo và giữ vững chất lượng đào tạo. Quy mô tuyển sinh hàng năm vào hệ chính quy là 300 đến 400 với 4 ngành: Thuỷ nông, Thuỷ công, Thuỷ văn và Thi công, tiếp đó thêm ngành Thuỷ điện và Cơ khí Thuỷ lợi. Đội ngũ cán bộ giảng dạy của Trường lớn mạnh cả về số lượng và chất lượng với hơn 200 người trong đó có hơn 30 Phó Tiến sĩ. Đã mở lớp Sau đại học đầu tiên năm 1968, từ đó phát triển đều đặn vào các năm sau.
Công tác nghiên cứu khoa học, phục vụ sản xuất đã được triển khai mạnh mẽ theo Chỉ thị 222-TTg ngày 7/8/1972 của Thủ tướng Chính phủ, mở cuộc vận động dạy tốt, học tốt, cải tiến phương pháp giảng dạy, nghiên cứu tình hình lũ, tình hình hư hỏng của đê điều, quy hoạch hệ thống thuỷ nông tỉnh Thái Bình, thiết kế sửa chữa các công trình thuỷ lợi, tham gia phục hồi các công trình thuỷ lợi bị máy bay Mỹ phá hoại, nghiên cứu ngụy trang các công trình thuỷ lợi để tránh máy bay Mỹ phát hiện (1966, 1967)…; tham gia khắc phục hậu quả lũ lụt ở Nhất Trai (1970), Cống Thôn – Gia Lâm – Hà Nội (1971), đại tu Cống Liên Mạc (1972)… với hàng vạn ngày công.
Công tác lãnh đạo các đoàn thể quần chúng và phong trào thi đua yêu nước trong thời kỳ cả nước có chiến tranh được Đảng bộ đặc biệt coi trọng. Các phong trào thi đua "Hai tốt", "Ba sẵn sàng", "Ba đảm đang"… trong các đoàn thể được hưởng ứng sôi nổi, hàng năm có trên 10 giáo viên được bình bầu là giáo viên dạy tốt, năm 1975 có 7 tổ lao động XHCN và 11 chiến sĩ thi đua. Trong thời kỳ lịch sử này, Nhà trường được Nhà nước tặng thưởng Huân chương Lao động hạng Ba, nhiều Bằng khen của Thủ tướng Chính phủ, của Bộ Thuỷ lợi, Bộ Đại học và Trung học chuyên nghiệp, Bộ Quốc phòng.
Trong những năm kháng chiến chống Mỹ cứu nước, gần 500 cán bộ, giáo viên và sinh viên Nhà trường đã lên đường nhập ngũ, hoặc được điều động chi viện cho các chiến trường. Kết thúc cuộc kháng chiến chống Mỹ cứu nước, cán bộ, giáo viên, công nhân viên và sinh viên Nhà trường được Nhà nước trao tặng 200 Huân chương chống Mỹ cứu nước các hạng (gồm 27 Huân chương hạng nhất, 65 Huân chương hạng nhì, 108 Huân chương hạng ba) và 181 Huy chương chống Mỹ cứu nước (gồm 26 Huy chương hạng nhất, 155 Huy chương hạng nhì). Anh Trần Văn Xuân – sinh viên lớp 8Đ được Nhà nước phong tặng danh hiệu Anh hùng lực lượng vũ trang nhân dân. Có 8 sinh viên là thương binh. Liệt sĩ Nguyễn Kỳ Sơn – sinh viên lớp 12N chiến đấu dũng cảm, nêu tấm gương rực sáng về chủ nghĩa anh hùng cách mạng đã anh dũng hy sinh tại Thành cổ Quảng trị. Mười hai liệt sĩ khác – những người con ưu tú của đất nước là sinh viên Trường Đại học Thuỷ lợi đã anh dũng hy sinh vì nền độc lập tự do của Tổ quốc, vì hạnh phúc của nhân dân. Trong vinh quang chung của ngày toàn thắng 30/4/1975, Trường Đại học Thuỷ lợi đã góp phần xứng đáng của mình trong cuộc chiến đấu vĩ đại của toàn dân tộc: giải phóng miền Nam, thống nhất đất nước.
Thời kỳ này Đảng bộ Trường đã tiến hành 6 kỳ Đại hội đại biểu Đảng bộ Trường nhiệm kỳ.