초대 국토건설청장은 조성근이 맡았으며, 안경모가 차장직을 역임하였다.
국토건설청에는 청장 이외에 행정이사관, 시설기간, 행정서기관, 토목기정, 비서관, 재경사무관, 농업기좌 등 행정, 토목, 농업, 재경 분야 공무원을 두었고, 보조기관으로는 계획국과 관리국을 두고, 장기경제개발계획에 의거한 주1 계획의 수립을 담당하도록 하였다.
관리국은 국토건설사업의 인적, 물적자원의 동원 및 획득과 그 관리조정에 관한 사항을 분장하며 사업의 진척 상황과 그 효과의 평가 및 감사에 관한 사항을 분장하였다. 또한 특정 지역 종합개발사업을 위해서는 필요한 경우 특정 지역에 사무소를 둘 수 있도록 하였다.
한편 1961년 10월 2일 국토건설청 직제를 개정하여 국토건설, 공공건설사업의 행정에 관한 사항을 추가하였다. 개정 직제에 따라 국토건설청의 하부조직에 총무과, 국토계획국, 국토보전국, 수자원국과 관리국을 두었다.
국토계획국은 국토건설사업의 종합적인 계획 수립과 조정 업무를 관장하고, 국토보전국은 도로과, 도시과, 항만과, 주택건설과를 두어 국도 및 지방도로, 도시, 항만, 주택건설 사업 등을 담당하였다. 수자원국에서는 주3, 주4사업, 수리 간척, 개간 사업 등을 계획 관리하며 특정 지역의 주2 및 부대시설의 건설에 관한 사항도 관장하도록 하였다.
이 직제 개편에 따라 내무부 토목국과 해무청 시설국의 소관 사무는 국토건설청이 승계하였고, 내무부 산하에 있던 서울, 부산, 이리, 등 3개 지방건설국과 국립건설연구소를 흡수하고 태백산지역 국토건설국을 신설하여 모두 국토건설청 산하에 둠으로써 국토건설사업에 대한 일체의 사무를 관장하게 되었다.
국토건설사업에 대한 사무를 일체 관장하게 되면서 국토건설사업 추진과정에서의 부처간 업무 협조의 필요성에 따라 국토건설청을 건설부로 승격시키는 문제가 다시 논의되기 시작하였다.
1962년 6월 정부조직법 개정안이 통과되면서 각령 제854호로 국토건설청 직제는 폐지되었고, 국토건설청은 건설부로 승격되었다.