1964년, 알파로메오는 한동안 끊었던 모터스포츠에 다시 뛰어든다. 이를 위해 오토델타 팀을 새롭게 조직하고 그 첫 작품이 암스테르담 모터쇼에 나온 줄리아 GTA이다. GTA는 스프린트 GT와 같이 알루미늄 보디를 채용해 차체를 최대한 경량화 시켜 차체 중량이 270kg이나 가벼웠다. 또 컴팩트한 차체를 갖고 있었지만 뒷바퀴굴림, 세로 배치 엔진 레이아웃을 갖고 있었다.

엔진은 진보적인 트윈 스파크 시스템과 고압축비, 트윈 45DCOE 캬뷰레터를 적용해 출력이 기본 115마력에서 170마력/7,500rpm까지 뛰어올랐다. 캠샤프트 커버와 섬프, 벨 하우징은 요즘에도 쉽게 보기 힘든 마그네슘까지 적용해 무게 증가를 철저히 막았다. 가속형 기어비와 오일 쿨러가 더해진 5단 MT와도 궁합이 잘 맞았다.

투어링 카 레이스에는 500대의 GTA가 투입되어 1966년부터 68년까지 ETCC(European Touring Car Championship)를 3연패하는 쾌거를 거두었다. 또 단 10대만 만들어진 220마력 수퍼차저 엔진의 GTA는 67, 68년에 그룹 5에 투입되기도 했다. 이 모델은 GTA-SA(Sovralimentato)로 알려져 있다. GT 벨로체와 GT 주니어, GTA, GTAm은 전후 알파로메오의 레이싱 전성 시대를 이끈 주역들이었다. 데뷔해인 65년의 세브링 4시간, 뉘르부르크링 6시간 내구 레이스에서도 우승을 거둬 성공을 예감케 했다.

GTA의 초기 파생 모델 중 하나인 1300 GTA는 GT 1300과 배기량은 같았지만 보다 고회전에 적합한 보어×스트로크를 갖고 있었으며, 트윈 스파크 시스템까지 적용해 출력이 160~165마력에 달했다. 1300 GTA는 447대만 만들어졌다.

FIA의 투어링 카 레이싱 규정에 따라 GTA와 GTA 주니어는 각각 일반 도로용 모델이 선보여 큰 호응을 얻었다. GTA와 GTA 주니어는 각각 1966~69년, 69~75년까지 생산되었다. 이 두 모델은 알파로메오 소유의 팩토리 레이싱팀에서 쉽게 레이스 버전으로 개조가 가능했고, 유럽뿐만 아니라 미국 SCCA(Sports Car Club of America)와 트랜스 앰 시리즈에서도 맹활약했다.

전후 알파로메오는 그랑프리에서 손을 떼고 일반 도로용 스포츠카와 투어링 카 레이싱에 힘을 기울인다. 줄리아 스프린트 GTA는 당시 주력인 줄리아의 많은 가지치기 모델 중 가장 돋보이는 모델이며, 고성능 알파로메오의 시작을 알렸다.

1967년에 선보인 1750 시리즈는 길이를 늘인 보디에 2.6리터 엔진을 탑재했으며 이 엔진은 같은 해 몬트리올 박람회에서 발표된 2+2 형태의 몬트리올에도 탑재된다.