Giai đoạn II (mở rộng) được khởi công xây dựng vào tháng 6/1996 do công ty Mit Su của Nhật Bản trúng thầu làm chủ đầu tư xây dựng gồm 2 tổ máy. Mỗi tổ máy 300 MW với sơ đồ một lò một máy.Tổng công suất thiết kế của dây chuyền II là 600 MW. Dây chuyền II được hoàn thành và phát điện vào tháng 3 Năm 2003.
Để kịp hòa nhập với nền kinh tế thế giới và chủ trương đổi mới của Đảng và nhà nước, tăng tính làm chủ của người lao động . Đựơc sự chấp thuận và ủng hộ của Tổng Công Ty Điện Lực Việt Nam . Nhà Máy Nhiệt Điện Phả Lại đã chính thức đổi tên thành Công Ty Cổ Phần Nhiệt Điện Phả Lại .Ngày18 Tháng 01 Năm 2006.
Nguồn nhiên liệu chính cấp cho Công ty là than từ mỏ than Mạo Khê, Vàng Danh, Uông Bí …v, được vận chuyển về Công ty bằng đường sông và đường sắt.
Sau khi đưa tổ máy cuối cùng vào làm việc 14/03/2006 thì khả năng Công ty có thể cung cấp cho lưới điện quốc gia khoảng 7,2 tỷ kwh/năm.