1970年复工后，有关方面对初设方案进行了重新研讨和全面复核，坝型由双支墩大头坝改为混凝土梯形坝。在大直径高水头隧道中采用了月牙形岔管。在单机容量较大机组中次采用了立柱式机墩。厂房采用了跨缝结构。在弧形门支铰和进水口闸门槽中采用新型复合材料。
湖南镇水电站在中国首创采用混凝土梯形坝；在中国采用月牙形内加强肋钢岔管；在闸门设计中采用SF复合材料，研制成功了进水口闸门上的SF—3A型支承滑道，溢洪道弧形闸门上的SF一2C型支铰轴套；厂房设计中采用圈梁立柱式机墩等新技术、新结构。
大坝总长330m，坝顶高程174m。浪墙高1.5m。河床部分为溢流坝段，由8跨单跨18m的单支墩大头坝和2跨16m的宽缝重力坝组成。溢流堰堰顶高程153m，分成9孔，每孔净宽12m，装有12m宽、9m高的平板钢闸门。大泄量为16160立方米/秒。下游用差动式鼻坎挑流消能。两岸非溢流坝段为混凝土宽缝重力坝。
岸边引水式发电厂房长84.5m，宽20.5m，安装6台混流式水轮发电机组，其中一号机由浙江新安江水电站转运至柘溪电厂发电，其单机容量7.25万kW，其余5台为7.5万kW，后期经技术改造，机组增容，一号机单机容量为8.5万千瓦，2~6号机组单机容量为8.8万千瓦，水轮机转轮直径为4.1m。由6条隧洞后接6条压力钢管引水，其直径分别为6.5m和5.5m。近年柘溪电厂扩建，新增两台大型机组，单机容量为25万千瓦，开关站位于发电厂房左侧，全厂共有5台变压器，其中1号变与1号机，2号变与2号机属于机变组接线方式，3号机、6号机、新增的7号机和8号机组均为单元接线方式，4、5号机组为扩大单元接线方式，全场变压器全部采用三相变压器容量分别为120MVA（#1T、#2T、#5T）、240MVA（#3T）、180MVA（#4T）、300MVA（#7T、#8T）。以220kV4回线和110kV2回输电线路向湖南省内供电。