O presidente Getúlio Vargas organizou, dentro do programa Marcha para o Oeste, a Expedição Roncador-Xingu. Seu nome foi dado em referência à Serra do Roncador, divisor de águas entre o rio das Mortes (Bacia do Araguaia) e o rio Xingu. Além de realizar o reconhecimento oficial das áreas ocupadas pelos povos indígenas, a expedição tinha como objetivo mapear a região central do Brasil e abrir caminhos que a ligassem ao restante do País.

Sabendo disso, os Irmãos Villas-Bôas decidiram participar como sertanejos, mas foram barrados por terem um "alto nível de conhecimento". Eles, então, voltaram tempos depois com barbas por fazer, mal vestidos e fingindo-se de analfabetos. Logo foram aceitos. Cláudio e Leonardo trabalhavam na enxada; Orlando como auxiliar de pedreiro. Com o tempo os irmãos alcançaram postos de comando na expedição.

A instalação dos núcleos urbanos de Aragarças e Xavantina, as respectivas bases aéreas da Força Aérea Brasileira (FAB), juntamente com o processo de contato e dominação dos povos indígenas habitantes da região das cabeceiras do Xingu, criaram condições para se iniciar o processo de ocupação regional. Ainda assim, a ocupação não-indígena só foi intensificada na década de 1970.  

Para atuar na zona a ser percorrida pela Expedição Roncador Xingu foi criada a Fundação Brasil Central (FBC), que tinha como objetivo “o desbravamento e a colonização das regiões do Brasil Central e Ocidental, notadamente a dos altos rios Araguaia e Xingu”. Toda a documentação dos 24 anos da Fundação e da Expedição foi destruída em 1979, quando a Sudeco (Superintendência de Desenvolvimento do Centro-Oeste) foi criada para substituir a FBC.

Soldados da Borracha foi o nome dados aos brasileiros que entre 1943 e 1945 foram alistados e transportados para a Amazônia pelo Governo brasileiro, com o objetivo de extrair borracha para os Estados Unidos, com o objetivo de abastecer reservas para a II Guerra Mundial. Eles são conhecidos como peões do segundo ciclo da borracha e da expansão demográfica da Amazônia. O contingente de homens é estimado em mais de 55 mil.

Nesse período, ergueu-se uma base da Força Aérea Brasileira em Jacaré, no rio Kuluene, entre a foz do Kurisevo e do Batovi. São abertas as primeiras pistas de pouso nos formadores do Xingu e pesquisadores, funcionários da FBC, médicos, cinegrafistas, entre outros agentes entram na área trazidos por aviões do Correio Aéreo Nacional. A via de acesso por terra, com passagem pelo Posto de Paranatinga, perde a importância. Antropólogos do Museu Nacional, como Eduardo Galvão e Pedro Lima, retomaram a pesquisa etnológica. Etnólogos estrangeiros voltam a pesquisar na área, como Robert Carneiro e Gertrude Dole, entre os Kuikuro principalmente.

Em 1954 ocorre um surto de sarampo que afeta todas as aldeias alto-xinguanas, provocando a morte de 114 pessoas. Dos cerca de 3 mil alto-xinguanos que havia no tempo de Von den Steinen, a população chega a um de seus pontos mais baixos: 574 pessoas. Apesar dos esforços, as condições de saúde ainda continuavam precárias. Em 1965 a população alto-xinguana era de apenas 542 pessoas (Heckenberger, 2001).

A nova capital do Brasil é inaugurada em 21 de abril de 1960.

A demarcação administrativa do Parque Indígena do Xingu (PIX) foi homologada em 196 pelo Presidente Jânio Quadros, com área incidente em parte dos municípios matogrossenses de Canarana, Paranatinga, São Félix do Araguaia, São José do Xingu, Gaúcha do Norte, Feliz Natal, Querência, União do Sul, Nova Ubiratã e Marcelândia, no Mato Grosso.

No projeto original, o parque era quatro vezes maior do que viria a ser demarcado. O Governo do Mato Grosso, no entanto, concedeu terras às companhias colonizadoras dentro do perímetro do PIX.

Em 1978, os povos Kaiabi, Ikpeng, Panará e Tapayuna são realocados na porção norte do parque. Sua transferência se deu em diferentes levas, em 1955, 1966 e 1970. A produção agrícola destes povos passou a abastecer os postos Diauarum e Leonardo.

No dia 1º de abril de 1964, aconteceu o golpe militar. De caráter autoritário e nacionalista, derrubou o governo de João Goulart, o presidente democraticamente eleito.

A Fundação Nacional do Índio (Funai) foi criada em 5 de dezembro de 1967, vinculada ao Ministério da Justiça. Sua missão é coordenar e executar as políticas indigenistas do Governo Federal, protegendo e promovendo os direitos dos povos indígenas.

A Funai também tem as seguintes atribuições: identificar, delimitar, demarcar, regularizar e registrar as terras ocupadas pelos povos indígenas, promover políticas voltadas ao desenvolvimento sustentável das populações indígenas e reduzir possíveis impactos ambientais promovidos por agentes externos; garantir o acesso diferenciado aos direitos sociais e de cidadania - como o direito à seguridade social e à educação escolar indígena.

O Programa de Integração Nacional (PIN) criado pelo governo militar brasileiro, planejava ocupar a Amazônia com mão-de-obra nordestina liberada pelas grandes secas de 1969 e 1970. São cunhados os lemas "integrar para não entregar" e "terra sem homens para homens sem terras".

O PIN prevê que 100 quilômetros em cada lado das estradas a serem construídas deveriam ser utilizados para a colonização por cerca de 500 mil pessoas, ou seja, uma meta de assentar 100 mil famílias. A rodovia Transamazônica foi a principal via escolhida para a colonização. Em seu projeto inicial ela cortava o território de 29 grupos indígenas.

A Igreja da Amazônia Legal cria a Comissão Pastoral da Terra (CPT) como um instrumento de organização e dinamização dos pequenos produtores na luta pela garantia em seus direitos de acesso à terra e à produção.

A recém-criada Eletronorte, subsidiária da Centrais Elétricas Brasileiras (Eletrobras), na Amazônia Legal, inicia os estudos de inventário hidrelétrico da bacia hidrográfica do Rio Xingu. O trabalho de mapear o rio e seus afluentes e definir os pontos mais favoráveis para barramentos ficou sob a responsabilidade do Consórcio Nacional de Engenheiros Consultores S.A., integrante do grupo Camargo Corrêa.

Decorrentes das grandes obras de infraestrutura (estradas, hidrelétricas e minerações), entre o período de 1970 a 1990, estabelecem-se na região das bacias dos rios Xingu e Tapajós grandes projetos agrícolas de colonização. Esse processo é o início da implantação do modelo do agronegócio na região.

Em 1973, a empresa colonizadora Integração, Desenvolvimento e Colonização (Indeco S.A) comprou uma área de 400 mil hectares, fundando a cidade de Alta Floresta em meados de 1976.

A Colonizadora Sinop S.A. adquiriu aproximadamente 500 mil hectares de terras ao longo da BR-163 (Cuiabá-Santarém), denominada Gleba Celeste, em 1972. O município de Sinop foi criado em 1976.

O regime militar perdurou até o dia 15 de março de 1985 sob comando de sucessivos governos militares.