通過上述四步走，中國海油按照專業化分工、集團資產分板塊整體上市的目標基本實現。集團未上市或未進行股份製改造的產業僅剩下中下遊新建的煉油化工、天然氣發電、金融服務和新能源產業的資產。
核心油氣資產重組上市，兩次上市的坎坷
1999年8月20日，中國海油以間接控股方式在香港設立“中國海洋石油有限公司”，將海上石油勘探、開發、生產和銷售等業務與其他業務分離，全部轉讓給中海油。中海油是一家控股公司，其現金流主要來自子公司所支付的股息。重組中，合計注入中海油的資產淨值為111.44億元，1999年盈利預測為30.35億元。
與其他國有企業海外上市相比，中海油的重組獨具特色：123億元債務和4億元現金轉到中海油，中海油負債率為66%，而總公司負債為零，且擁有42億元現金。中海油把總公司的債務都背了過去，它發展的資金都將通過國際資本市場解決。總公司通過上市前特別分紅、提取人員重組費和上市後分紅，獲得了大量資金，為下遊業務、專業公司和基地公司提供了資金保證。重組後，除油氣資產外的其他資產全部留在了總公司，許多工作需要專業公司和基地公司承擔，但它們和上市公司間的往來已完全市場化，加快了向獨立自主的市場主體轉變。
“中海油特色”重組的另一大膽創新是隻將1500名員工納入上市公司，其他所有人員都留在總公司。全球發售完成後，中海油將從募集所得中拿出2億美元支付給總公司，用於設立基金解決因上市而分流員工的生計問題，這在中國企業中尚屬首次。人員重組向來是國有企業重組的“緊箍咒”，而中海油的創舉扭轉了國有企業人浮於事的形象。
成功的重組和優良的業績使中海油被譽為中國“體型最佳”、“容貌最美”、“魅力最大”的大型國企。“體型最佳”是指包袱最輕、資產質量最好；“容貌最美”是指管理層的國際化程度最高，能夠和國際投資者直接溝通；“魅力最大”是指擁有中國海洋石油勘探開發對外合作專營權，盈利能力最強，而且擁有獨立定價權，產品可以直接銷往海外。
但即使是如此優秀的公司，在衝擊國際資本市場的過程中也遭遇了巨大的波折。1999年2月，中海油啟動了在香港和美國上市的工作。由於中海油是亞洲金融危機後首家整體境外上市的中國大型國有企業，一開始中海油上下洋溢著樂觀情緒，不少人樂觀預言，路演到一半時就會滿載而歸。但事與願違，從9月28日路演開始，歐洲市場反應冷淡、美國市場訂單寥寥無幾、香港市場“影子訂單”影子訂單是指在正式上市路演之前通過承銷商預路演和征詢得到的意向性訂單。中也隻有少數正式下單。直到路演結束，認購仍未達到最低目標，中海油被迫做出“暫停發行、等待時機”的決定。
中海油第一次上市铩羽而歸，原因很多。股價偏高、市場大環境不利是導致暫停發行的根本原因。中海油作為亞洲金融危機後第一個走向國際資本市場大額融資的中國企業，需要活躍的市場環境支撐。但中海油首次公開募股時市場大環境很不樂觀，在定價日最後一周，道瓊斯指數下跌660多點，跌幅6%，為1989年以來跌幅之最；香港恒生指數也下挫813點，達到5月以來的最低；國際油價也在同一周驟然下滑，從24美元/桶下跌到21美元/桶。
兵敗紐約，路演團回國後在深圳召開了兩天的最高管理層會議。會上，一開始悲觀情緒彌漫，部分人開始對中國海油的改革持懷疑態度。改革是否應該繼續？要不要再次衝刺上市？在經過內部的激烈爭論後，中海油統一了認識：堅持重組改製上市、實行資本運營、建立現代企業製度的大方向；堅持實行重組上市發行股票而組建的待上市公司與專業公司、基地公司徹底劃開的管理體製不變。
經過痛定思痛和臥薪嚐膽後，2000年下半年，中海油開始策劃再度出擊海外資本市場。2001年2月，中海油順利登陸香港和美國資本市場，共募集資金14.3億美元，加上分紅和老股上市“老股上市”即存量發行，是指公司首次公開募股時,原有公司股東對外公開出售一部分股份。在海外資本市場,存量發行是新股發行中常見的一種操作,中資公司境外發行也經常引入這種安排。，共融資29.4億美元。憑借優良的素質、一流的業績和管理能力，中海油贏得了國際資本市場的廣泛讚譽，獲評《亞洲貨幣》“最佳管理公司”、裏昂證券“最透明公司賬目”，並破格提前入選恒生指數。2002年，被《資產》雜誌評為2002年亞洲最佳公司，被美國《全球財經》雜誌評為油氣行業亞洲最佳公司。
中海油以全集團3%的人員，帶著80%的資產在海外上市。上市後，中海油每年投資300億～400億元，總公司一分錢沒再往裏投，相反每年可以拿回70億～100億元的分紅，為集團下屬其他業務板塊的發展壯大和未上市資產的做大做強提供了充足的資金支持和更大的市場服務空間。
專業服務公司重組上市，全麵融入資本市場
在中海油帶著核心油氣資產海外上市成功後，專業公司等非核心存續資產的生存和發展成為中國海油下一步要解決的問題。在中國海油集團化發展版圖中，中海油成功上市隻是第一步，關鍵在於要把沒有上市的專業公司和後勤服務公司都做大做強，使中國海油逐漸演變成一家以能源為主業，由多個不同的業務單元組成的產業集團。
其實，在中海油重組上市之前，為了解決非核心企業的生存和發展問題，中國海油已曆經10年對下屬專業公司進行了多次重組，探索專業公司的發展道路。
第一次重組開始於1992年。根據當時中國海油提出的“三條線”戰略，即“油公司集中統一，專業公司相對獨立，基地係統逐步分離”，中國海油分離出了專業服務公司，按照專業劃分，改製成立了10個新的公司，作為中國海油的全資子公司。
1999～2002年，中國海油對10家專業服務公司進行了第二次大規模重組。這次重組的過程分為兩個階段，即1999年的“三合一”，以及2001年的“五合一”與“七合一”。
1999年，中國海油將海上工程、工程設計和平台建造三家公司進行了新一輪的重組整合，成立了海油工程，以實現海上工程設計、製造、安裝的一體化，增強總包能力。
2001年，中國海油將5個在上遊油田服務領域內密切相關的公司組建成一家油田服務公司，成立中海油田服務公司；將兩家近海工作船服務和運輸業務的子公司組成一家船舶公司。隨後，中國海油又把船舶公司並入中海油田服務公司，成立了中海油服。重組後的中海油服業務橫跨鑽井服務、油氣井服務、近海工作船運輸服務以及物探勘察服務，實現了公司業務縱向一體化的聯合，成為亞洲地區服務鏈條最完整、規模最大的近海油田專業服務集團。
在經曆了以“專業化、市場化、規模化”為目的的持續重組後成立的海油工程和中海油服兩大專業公司，卻麵臨著來自內部和外部的雙重挑戰。以中海油服為例，其麵臨的最大挑戰就是核心客戶中海油的上市。作為最大客戶，中海油占據了中海油服一半左右的年營業額。這種近水樓台先得月的優勢隨著中海油的上市逐步變得不確定起來。以國際化為目標的中海油上市之後，服務供應商的國際化無法避免。也就是說，未來中海油服將和國際3大油服巨頭--斯倫貝謝、哈裏伯頓、貝克休斯一樣，處於服務供應商選擇的同一起跑線。如果中海油服還是原地不動，那麼失去與中海油的合作關係也不是出人意料的事。而對於外部市場來說，為符合進入WTO的條件，中國政府於2001年9月取消了關於外國石油公司在中國海上從事石油活動時同等優先使用國內專業服務公司的規定，使得中國海上油田服務業務的競爭更趨激烈。在國際舞台上，中海油服與占據油服市場大部分市場份額的3大國際油服巨頭相比，實力存在不小差距。
在這種背景下，中國海油領導者果斷決策，在油公司成功上市之後，將專業公司陸續推向資本市場，拉開了把存續企業做強的序幕。
首先是海油工程於2002年2月順利在上海交易所掛牌上市，融資7.5億元人民幣。工程設計、平台建造、海洋工程是海洋工程整體鏈條中的三個鏈環，作為主發起人，中國海油將其擁有的與海洋工程設計、建造、海上運輸及安裝業務相關的全部固定資產以及與其相配套的設備、房屋及流動資產配比相應的負債投入海油工程。重組上市的海油工程集海洋工程設計、采辦、陸地建造、海上安裝、調試、維修為一體，依托業務整合後，對大型海洋工程的總承包能力，能夠向客戶提供高附加值的“一攬子”總包服務，與國內外單一從事工程設計、建造和安裝的企業相比，具有無法比擬的工程總承包優勢。
海油工程國內上市後，同年，體量更大的中海油服也啟動了海外上市步伐，希望用更嚴格的規定來監督和約束自己，促使中海油服真正成為能夠按照國際規範運作的上市公司。
麵對苛刻的國際投資者，上市的第一步是對中海油服進行精心包裝，給投資者灌輸“油田服務”的概念，讓投資者知道中海油服是做什麼的。在此之前，很多投資者對油田服務行業是一無所知的，不少人甚至把它和“端茶送水”聯係起來。為了讓投資者了解和接受油田服務概念，中海油服進行了充分的說明，用形象的例子來解釋，“油公司就像房地產的開發商，有錢就拿到地皮。油服公司是建築商，能夠把房子蓋起來，也可以在房子建成之後租下來幹別的事，比如參加油田項目的管理。”在上市亮點中突出強調了6大競爭優勢，以支撐投資者信心：具有增長潛力的市場前景、國內市場的主導地位、經營收益和競爭實力、良好的資本結構、著重於成長的戰略方向、精英管理團隊和高素質員工。
在確定上市賣點後，中海油服開始了大規模路演。從2002年11月4日到11月19日，中海油服先後在香港、新加坡、歐洲和美國進行了正式路演。路演非常順利，第一天需求量就已經滿足，離開亞洲前總需求量已達5倍。到倫敦後，公司領導層根據需求情況做出了縮短路演時間的決定。在全球股市低迷的時候，中海油服散戶的需求量達到了當初設計的18倍超額認購，機構投資者達到了15倍的超額認購，最終中海油服的上市日期較原計劃提前了6天。掛牌當日，招股價每股1.68港元的中海油服開盤即升至每股1.80港元，最終以每股1.89港元報收，股票升幅達12.5%，總成交量5.61億股，成交金額10.4億港元，為當天香港聯交所成交量之最。