Em 3 de outubro de 1953, o presidente Getúlio Vargas sancionou a Lei 2004, que criou a Petrobras e instituiu o monopólio estatal do petróleo no Brasil. A decisão, celebrada pela campanha popular "O petróleo é nosso", ocorreu em um momento em que relatórios técnicos já indicavam que as principais bacias sedimentares terrestres do país, como Paraná, Amazonas e Parnaíba, apresentavam poucos indícios de petróleo em escala comercial, segundo reconstrução histórica de um vídeo sobre o tema.
À época da assinatura, o Brasil produzia cerca de 2.700 barris de petróleo por dia, mas consumia 137 mil, dependendo de importações para cerca de 98% do que consumia. O texto sancionado por Vargas era mais rígido do que o projeto original enviado por ele ao Congresso em dezembro de 1951, que previa associação com capital privado. O Legislativo endureceu a proposta, impondo o monopólio absoluto sobre pesquisa, extração, refino e transporte de petróleo, vetando a participação de capital privado nacional ou estrangeiro em qualquer etapa da cadeia.
A disputa política em torno do modelo envolveu dois generais com visões opostas dentro do próprio Exército: Horta Barbosa, que liderava o Centro de Estudos e Defesa do Petróleo e defendia o monopólio estatal puro, e Juarez Távora, que argumentava que o Estado não teria capacidade técnica nem financeira para explorar sozinho um território do tamanho de um continente, defendendo a entrada temporária de capital estrangeiro. O Congresso optou pela posição de Horta Barbosa, e Vargas, politicamente fragilizado e sem maioria parlamentar, sancionou o texto que chegou às suas mãos.
O aviso sobre a escassez de petróleo em terra se confirmou tecnicamente poucos anos depois. Contratado em 1954 como geólogo-chefe do Departamento de Exploração da Petrobras, o americano Walter K. Link percorreu o país perfurando poços ao longo de seis anos e, em 1960, entregou um relatório concluindo que as bacias sedimentares terrestres brasileiras não apresentavam indícios de produção em larga escala, recomendando o redirecionamento das pesquisas para o mar. O relatório gerou controvérsia interna, com acusações da imprensa nacionalista de que Link atuaria a serviço de multinacionais, além de motivar uma Comissão Parlamentar de Inquérito em 1961. Novos estudos contratados pela própria Petrobras para refutar as conclusões de Link acabaram confirmando o diagnóstico.
A Petrobras só direcionou esforços significativos para exploração marítima em 1968, quando alugou uma plataforma da empresa americana Zapata Drilling e, já no segundo poço perfurado no litoral de Sergipe, encontrou petróleo em escala comercial no campo de Guaricema. Em 1974, a Bacia de Campos revelou o campo de Garoupa, confirmando o potencial offshore do país. Ainda assim, o Brasil chegou ao choque do petróleo de outubro de 1973, provocado pelo embargo de exportações imposto pela Organização dos Países Exportadores de Petróleo, com apenas cerca de 170 mil barris diários de produção própria contra um consumo de 800 mil barris, dependendo de importações para cobrir a diferença.
O impacto financeiro foi expressivo: a conta de importação de petróleo do Brasil saltou de US$ 769 milhões em 1973 para quase US$ 3 bilhões em 1974. O governo então liderado por Ernesto Geisel respondeu com o Segundo Plano Nacional de Desenvolvimento, financiado majoritariamente por empréstimos externos a juros flutuantes, elevando a dívida externa brasileira de cerca de US$ 12,6 bilhões em 1974 para US$ 35 bilhões em 1978. Um segundo choque do petróleo em 1979, somado à elevação dos juros americanos pelo Federal Reserve no início da década de 1980, tornou essa dívida impagável, culminando na moratória brasileira de 1987.
O monopólio estatal do petróleo, instituído pela Lei 2004, vigorou até 1997, quando a Lei 9.478, sancionada durante o governo de Fernando Henrique Cardoso, extinguiu o modelo exclusivo estatal, criou a Agência Nacional do Petróleo e abriu o setor a concessões de capital privado. Em 2006, a Petrobras anunciou a descoberta do pré-sal, viabilizada por parcerias e blocos de concessão que só se tornaram possíveis após a abertura legal de 1997 — as reservas estavam a mais de dois quilômetros de profundidade sob uma camada de sal, além da capacidade tecnológica disponível nas décadas anteriores.
