2001年，吕忠达任杭州湾大桥工程指挥部副总指挥、总工程师。但杭州湾作为世界三大强潮海湾之一，潮差大、潮流急、冲刷深、风浪大，且流向紊乱、水质混浊，施工条件极差。除此之外，吕忠达和他的技术团队还面临着无工程先例、无技术标准和规范、无可供借鉴的设计蓝图、无施工设备的“四无”艰难困境。2002年，吕忠达同美国的几家资深设计咨询公司、工程施工企业进行了交流，在看到杭州湾大桥项目的建设条件后，美国专家摇头拒绝了。他们说，在这么复杂的环境中进行跨海大桥的建设根本不可能，唯一的解决方法就是换个位置，避开这些复杂的环境。美国专家的拒绝把吕忠达和他的技术团队逼到了绝境。即便是有着丰富造桥经验的美国团队，也不敢在这种条件下进行建设。他们若想完成工程建设任务，只能依靠自己。
“没有条件，我们自己创造条件。”在大桥建设初期，指挥部提出了“杭州湾大桥精神”：博纳、自信、创新、奋进。“博纳”是指广泛地听取各方意见，上至中央领导、院士大师，下至工人渔民。“自信”是指自信决策，专家会提出很多意见，但最终的决策还得靠自己。决策之后怎么办？这条路谁也没走过，“创新”就成了唯一道路。最后,吕忠达和他的团队提出了三个理念：施工决定设计理念；“三化”理念：工厂化、大型化、机械化；“寿命”理念。
既然恶劣的施工条件是绕不过去的坎，那就尊重它、包容它、克服它！吕忠达多次邀请建设单位一起参与前期设计，确保方案切实可行。颠覆传统的设计流程，杭州湾跨海大桥指挥部是第一个吃螃蟹的。钢管桩须在海上打桩完成，考虑到施工条件恶劣，主梁和墩身在陆上预制再安装；采用70米长的箱梁，单片自重达2200吨。当时最重的2000吨箱梁普遍存在早期开裂问题。如何帮助“箱梁王”躲过这一劫？工程力学专业出身的吕忠达，与众多建设者一起创造性地提出了低强度早期张拉技术；杭州湾南岸滩涂长达10公里，车不能开，船不能行，在杭州湾跨海大桥建设之前，国内大桥梁上运梁的极限为560吨，国外为900吨，但吕忠达和他的团队通过力学原理想到了“四人抬轿”的新方法，一举将梁上运梁的重量提高到1430吨；大桥打下了5513根整桩螺旋钢管桩，这些被称为“定海神针”的钢管桩，最大直径1.6米，最大长度89米，此前在国内外特大桥梁建设中从未成功使用过；杭州湾海底蕴藏着蜂窝状浅层沼气，沼气喷发时，火焰会冲出海面二三十米，为了钻孔灌注桩施工安全，首次采用了“有控制放气”工艺，开创世界同类地质环境成功建桥的先河。
10年论证，5年施工，融资140亿元……吕忠达技术团队克服重重困难。2008年5月1日，36公里长的杭州湾跨海大桥终于正式运营通车！杭州湾跨海大桥的建设共创造了“十大技术创新”，同时还拥有许多世界性的创新技术，共有25项专利技术、10项部级工法获批，8项科技成果获得省部级奖励，其中包括国家科技进步二等奖！另外，大桥工程还获得了250多项技术革新。
作为我国从桥梁大国走向桥梁强国的标志性工程，杭州湾大桥工程是一个举世瞩目的奇迹。以吕忠达为首的建设者们集大家智慧，不断实现创新突破，为后续跨海大桥的建设、为我国有关工程技术标准的制定，做出了巨大的贡献。杭州湾大桥的很多专用技术标准后来成为交通部、行业设计指南标准，后续的跨海大桥建设都延用了这个工程的一些基本思想和标准。
