在諾頓去世40年後的1921年，人們考慮過修建水下隧道的想法，但很快就被否決了，因為它不適合車輛通行。隨著人口的增長和汽車實用性的提高，修建跨海灣大橋的呼聲越來越高。1929年，加州立法機構成立了加州收費橋梁管理局，並委托其負責在舊金山縣和阿拉米達縣之間修建壹座橋梁。
為了使該橋的設計更具可行性，人們認為該橋所處的位置可以作為穿越芳草地島（即曹芳島）的“中轉站”。這壹決定大大減少了橋梁的建築材料和建築人力。在1997之前，曹芳島壹直是美國海軍基地，因此要實施這壹計劃，必須得到美國國會的批準，因為美國國會有權派遣陸軍、海軍和空軍並管理海軍和陸軍基地。經過大量的遊說，在1931年2月，加州終於獲得美國國會批準使用該島。大橋於7月9日開工，1933。連接三藩市和曹芳島的西橋是壹項巨大的工程。舊金山灣深達30米，灣底的土層又軟又深，這就需要新技術將地基固定在土層中。在當時的建築技術下，為了穩定起見，不能使用兩個以上的塔來建造吊橋；但是，如果僅使用兩座塔，塔之間的跨度將超過當時的技術限制。這個問題的最終解決方案是在舊金山和曹芳島之間沈入壹個巨大的混凝土錨碇，並將舊金山和曹芳島之間的距離“切割”成兩段，以便在這個錨碇的兩端都可以建造壹座雙塔懸索橋。
海灣大橋的東橋也是壹項非凡的工程壯舉。東橋從曹芳島到奧克蘭，由壹組雙懸臂、五個大跨度桁架和壹條桁架公路組成，跨度為365，438+002米。建成後，海灣大橋東橋是當時同類橋梁中最長的壹座，其懸臂部分是當時世界上所有已建成橋梁懸臂中最大的。
海灣大橋東橋的原始塔實際上是由特殊木材制成的。由於海灣底部的土壤非常深，因此將塔直接坐落在基巖上是不實際的，即使它僅位於海灣底部的土層底部。因此，工程師們在原始森林中用整棵花旗松精心制作了長木樁，並將其放置在海灣底部堅實的底部土壤中，以形成橋梁的基礎。芳草島隧道連接東西兩橋。該隧道長160米，寬23米，高18米，是世界上直徑最大的運輸鉆孔隧道。在隧道建設期間挖掘的大量巖石和土壤被用作開發曹芳島北部與其相連的人工島“金銀島”的部分材料。
這裏有壹個關於芳草島隧道下層鐵路的趣聞:在鐵路隧道的墻壁上，每隔壹段距離就有壹個“死穴”，供仍在隧道內的鐵路工人在火車經過時及時躲藏。1936 165438+10月12日中午12: 30，海灣大橋建成通車。總統赫伯特·胡佛、參議員威廉·麥卡杜和加州州長弗蘭克·梅裏厄特出席了開幕式。在通車儀式上，時任州長梅裏厄特用乙炔切割吹管切割橫跨車道的金鏈，標誌著海灣大橋正式通車。
海灣大橋的總建設成本為7700萬美元。在它通車之前，時任梵蒂岡國務卿尤金·帕切利，即後來的教皇庇護十二世為海灣大橋祈禱。起初，西橋上層的兩個入口和出口是長斜坡，分別位於第五街和布萊恩特街的交叉口以及弗裏蒙特街的孔琳高地。下層的入口位於埃塞克斯街和第五街的斜坡上，主要供貨運卡車使用。大橋下層的鐵軌向北轉彎，進入跨灣火車站。
起初，東橋由三個入口組成:奧克蘭橡樹街（17號國道）盡頭的高架橋，奧克蘭第38街（50號國道）盡頭與聖巴勃羅大道交叉口的高架橋，以及東海岸高速公路，與沿著海岸線延伸到奧爾巴尼、伯克利和埃梅裏維爾的40號國道相連。
海灣大橋剛通車時，上層橋面只有六條車道，只有車輛可以通行。下層甲板北面有三條卡車車道，中間壹條的通行方向不確定，由當時的通勤方向決定，由紅綠燈指揮；南面是南太平洋鐵路、Key System和北薩克拉門托鐵路的兩條鐵軌。當配有鑰匙系統的列車使用輸電軌道時，另壹條軌道上方有壹條輸電線路，為南太平洋鐵路和北薩克拉門托鐵路的列車供電。1941年後，海灣大橋鐵路僅用於關鍵系統。1958年4月，關鍵系統和整個海灣大橋停止了所有鐵路服務。從那以後，海灣大橋重新規劃了道路。1963 10 6月12日大橋改為雙向十車道，上層五車道全部向西，下層車道全部向東，雙向收費壹直持續到1969。之後，大橋只對西行車輛收費。
起初，海灣大橋上有兩條美國高速公路，40號和50號。在1964年，這兩條高速公路合並為80號州際公路。
無論是向東還是向西，金銀島和曹芳島的出口通常在交通流方向的左側，盡管這兩個島的入口在交通流方向的右側，但兩個入口之間沒有特殊的合並，因此車輛必須在短距離內從完全靜止加速到高速公路的速度。在關鍵系統停止運行後的十年裏，汽車的流量迅速增加。1963處海灣大橋改造為雙層雙向十車道大橋。卡車在兩條車道上行駛，而鐵路則完全取消。為了適應卡車的高度，芳草島隧道的上層地板應適度降低，下層地板也應稍微降低。降低路面時，車輛使用略高於原高度的可拆卸臨時路面通過隧道，便於原路面施工。
2月1968，11日，壹架美國海軍T-33“流星”見習飛機從海灣大橋附近的阿拉米達海軍航空站飛出，撞上海灣大橋東橋，機上兩名警察遇難。事後，事故中受損的橋梁桁架被更換和修復。
1986年，在大橋建成50周年的慶祝活動上，海灣大橋的懸索上安裝了照明設備，使大橋在夜晚更加美麗。