ต่อมา ปี พ.ศ. 2504 กระทรวงกลาโหมได้อนุมัติอัตราจัดตั้ง เป็น " สำนักงานโครงการวิจัยทางการแพทย์ขององค์การ สปอ. หรือ SEATO LAB ( สน.วพ.สปอ. ) " 
ตามคำสั่งกระทรวงกลาโหม (เฉพาะ ) ที่ 91/19074 ลง 26 กันยายน 2504 เป็นส่วนราชการขึ้นตรงต่อสำนักผู้บัญชาการทหารสูงสุด กองบัญชาการทหารสูงสุด  กระทรวงกลาโหม ประกอบด้วย หน่วยวิจัยฝ่ายไทย หน่วยวิจัยฝ่ายสหรัฐอเมริกา แต่งตั้งให้ พล.ต.พึ่ง พินทุโยธิน ผู้อำนวยการสถาบันพยาธิวิทยาในขณะนั้น
ดำรงตำแหน่งเป็นผู้อำนวยการสำนักงานโครงการวิจัยทางการแพทย์ขององค์กร สปอ. สำหรับหน่วยวิจัยฝ่ายสหรัฐอเมริกา LTC Oscar Felsenfeld  
ได้รับการแต่งตั้งเป็นผู้อำนวยการคนแรก ณ จุดนี้ ซึ่งนับเป็นจุดเริ่มต้นกำเนิดของ สถาบันวิจัยวิทยาศาสตร์การแพทย์แห่งนี้อย่างเป็นทางการ

ในช่วงแรกหน่วยงานนี้ยังไม่มีสถานที่เป็นของตนเอง ได้ใช้พื้นที่บางส่วนของสถาบันพยาธิวิทยา เป็นสถานที่ปฏิบัติงาน เมื่อขอบข่ายและปริมาณงานของโครงการเพิ่มขึ้น จึงได้จัดสร้างอาคารเป็นของตนเองหลายอาคาร ในช่วงระหว่าง พ.ศ. 2506 -2511 อาคารแรกที่ก่อสร้างคือ อาคารที่ตั้งตึกอำนวยการ มีพิธีวางศิลาฤกษ์ ตึกสำนักงานโครงการวิจัยทางการแพทย์ขององค์การ สปอ. เมื่อ  6 มิถุนายน 2506 โดย จอมพล สฤษดิ์ ธนะรัชต์ นายกรัฐมนตรี และได้ทำพิธีเปิด เมื่อ 8 กันยายน 2507 โดย จอมพล ถนอม กิตติขจร นายกรัฐมนตรี