在組織實施流程方面，根據國發64號文件和11號文件的精神，科技部、財政部、發展改革委在深入調查研究，聽取各方意見的基礎上，提出了新的項目形成機制和管理流程，主要環節為：徵集科技需求，凝練形成任務方向，編制各專項實施方案，戰略諮詢與綜合評審委員會諮詢評議，部際聯席會議審議布局並按程序報批，編制發布年度項目指南，專業機構開展申報受理、評審立項、檢查驗收等過程管理。監督評估工作貫穿全部流程。
在管理主體方面，按照國發64號文的精神，科技部、財政部、發展改革委等31個相關部門組成的部際聯席會議，負責審議重點專項的布局設置；科技界、產業界和經濟界的高層次專家組成特邀諮評委，對重點專項的布局設置和任務分解等提出諮詢意見，為聯席會議決策提供參考；7家具備條件的科研管理類事業單位被確定為首批項目管理專業機構試點，經改建後，將負責各重點專項中具體項目從受理評審到驗收的全流程管理。
截止此次指南發布，改革後的國家重點研發計劃的各個組織管理環節，所表現出的主要創新和亮點有：
1.在項目形成機制上，聚焦國家戰略目標，強調部門協作
在需求徵集和凝練中，充分聚焦國家戰略目標，強調部門協作，通過「自上而下」的頂層設計與「自下而上」的需求徵集方式，一方面緊密圍繞中國製造2025、「一帶一路」、能源發展戰略行動計劃、網際網路+等國家戰略，另一方面廣泛徵集各部門、地方、行業協會、企業等科技創新重大需求，充分發揮各部門作用，共同凝練形成8個方面62個任務方向，既貫徹落實了國家重大戰略部署，又體現了行業科技需求和領域的均衡發展。
在實施方案編制中，為了避免關門編方案、僅有少數專家和管理人員參與的情況，在組織實施中強調充分開放。每個重點專項實施方案的編制工作都成立了跨部門工作組，共有50多個部門、20多個行業協會及相關地方參與各個實施方案的整體規劃，在工作層面召開了百餘次會議，建立了不同層次的部際聯合工作機制，近900位相關部門共同推薦的高層次專家參與了各個編制專家組的工作。此外，還通過會議、書面、走訪調研、電子郵件等多種方式，在較大範圍內聽取和徵求本領域專家以及科技界、產業界、相關地方的意見，完成了59個重點專項的實施方案編制工作。同時，在專項經費需求上做到科學測算。按照64號文和11號文件的精神，充分考慮中央財政與地方財政、社會資本相結合，從任務出發，「以事定錢」，提出科學合理的經費需求測算方案。在聚焦國家目標的同時，體現「激勵相容」原則，充分調動地方、企業等各方面的積極性，形成共同投入的創新合力。
2.在重點專項論證布局上，做到充分論證評估、科學民主
充分發揮特邀諮評委的諮詢評議作用。特邀諮評委通過專題會議和全體會議進行充分論證。專題會議針對重點專項的領域特徵，重點圍繞專項啟動的意義和緊迫性、問題分析和工作基礎、目標和主要任務、經費需求與組織保障等四個方面提出意見和建議，在諮詢評議方式上採用了特邀諮評委委員、大同行專家和小同行專家相結合的方式，既立足戰略和全局的高度，確保重點專項任務與國家戰略保持一致；又從專業和細分的視角出發，保證了重點專項技術路線的科學性和先進性。全體會議則從領域均衡和學科持續發展的角度，在尊重特邀諮評委專題會議分組評議和排序結果的基礎上，認真研究部際聯席會議相關成員單位的意見，對重點專項的啟動實施進行統籌考慮，提出綜合平衡建議。
充分利用部際聯席會議決策機制，做到科學決策和民主決策。主要依據專項需求的重要性、緊迫性，和實施方案的科學性與可行性。同時，綜合考慮部門共識度、領域科技發展均衡性以及中央財政能力，形成了59個重點專項的總體布局和優先啟動36個重點專項的相關建議，經國家科改領導小組審議通過後，得到國務院批准。
3.在專項目標任務設計上，體現全鏈條設計、一體化實施
為了更好加強科技與經濟在規劃、政策等方面的相互銜接，新的國家科技計劃將圍繞產業鏈部署創新鏈，圍繞創新鏈完善資金鍊，統籌銜接基礎研究、應用開發、成果轉化、產業發展等各環節工作，更加主動有效地服務於經濟發展方式轉變和經濟結構調整，建設具有核心競爭力的創新型經濟。國家重點研發計劃各重點專項從基礎前沿、重大共性關鍵技術到應用示範的全鏈條設計和一體化組織實施，加速基礎前沿最新成果對創新下遊的滲透和引領。專項的任務目標體現出較強的整體性，上下遊部署和橫向布局的任務不是簡單「拼盤」，而是相互關聯、有機銜接，具有「不可剝離性」，改變了原來按照不同研發階段分頭支持的做法，實現上下遊研發活動間的快速傳導和相互促進。
4.在指南編制和組織申報上，做到體現服務意識、尊重科研規律
一是「預申報書+正式申報書」的申報評審方式。在前期試點重點專項工作探索經驗的基礎上，實行「預申報書+正式申報書」申報方式，即先由項目申報者提交3000字左右的預申報書，詳細說明申報項目的目標和指標，簡要說明創新思路、技術路線和研究基礎；經過首輪專家評審後，遴選出3-4倍於擬立項數量的申報項目，請項目申報者再提交詳細的正式申報書，進入答辯評審。這一做法在很大程度上減輕了科研人員的負擔，避免了不必要的申報準備工作。
二是一個指南方向不限定支持一個項目。科技創新具有研發路徑和技術路線多元化的特徵。為降低創新風險、優化科技發展布局，在同一指南方向下，如有不同技術路線、均具有較強競爭力的申報項目，可以擇優同時支持，在項目執行中按期嚴格評估，及時調整聚焦。
三是對於合理確定項目體量，對項目下設課題數和參與單位數提出了明確要求。重點研發計劃的項目要求研究重點突出，考核指標明確，項目下設的研究任務緊密聯繫，分工銜接，形成有機整體；不同目標、不同品種、不相關的任務，不能強行組合成一個項目。同時，為提高項目部署中各研發任務間協調銜接的效率和效益，對項目下設課題數和參與單位數提出明確要求，合理規劃項目體量。
四是加快進行首批7家專業機構的全面改建，做好申報受理準備。提供將按委託協議和相關制度的要求切實做好項目管理，圍繞項目管理需要開展全面改建，提高服務意識，規範管理流程，將從項目申報受理開始，提供專業化的服務。
5.在主動公開信息上，採取了一系列改革措施
如在發布重點專項申報指南時，同步公布指南編寫專家組名單、形式審查條件要求、形式審查責任人等，力求在項目管理源頭就公開透明、責任明確。同時，結合前期6個試點重點專項的申報組織工作經驗，整理了項目申報常見問題答疑，將與指南一起公布到科技管理信息系統公共服務平臺上，方便申報者查閱、解惑，高效率準備申報材料，節約時間精力。
6.在整個項目形成、申報、評審過程中，已經並將繼續嚴格執行專家迴避制度
為了確保「公開、公平、公正」，特邀諮評委委員及參與重點專項諮詢評議的專家，不能申請本人參與諮詢和論證過的重點專項項目；參與重點專項實施方案和年度指南編制的專家，不能申請和評審相關的重點專項項目；項目評審專家在遴選和具體評審中，也嚴格執行相關迴避條件和要求，將「運動員」和「裁判員」徹底分開。