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D'abord présentée dans les nouveaux locaux d'Arese, puis au Salon de Francfort en 1963, l'Alfa Romeo Giulia Sprint GT se transforme dans la glorieuse GTA en 1965. Avec le « A », qui signifie « Alleggerita » (allégée), la voiture s'impose dans les courses et devient l'une des Alfa qui ont remporté le plus de victoires.
Une partie des tôles en acier est remplacée par de l'aluminium, plus léger, du plexiglass a été adopté pour les vitres arrières et la lunette et l'intérieur a été dépouillé du superflu. Ainsi, la version routière de la GTA pesait seulement 745 kg, contre les 900 kg à sec de la GT.
Le moteur de 1570 cm3 se dote d'une culasse à deux bougies par cylindre, de nouveaux arbres à cames et de deux carburateurs double corps Weber, ce qui lui permet d'atteindre les 115 ch à 6 000 tours/minute, pour une vitesse de pointe de 185 km/h. De plus, elle obtient un distributeur Marelli d'un Ferrari Dino, les deux carburateurs Weber passent à 45 mm au lieu de 40 mm. Les arbres à cames sont en magnésium, le carter et le couvercle de distribution aussi. Les rapports de transmission étaient plus étroits que la norme et les engrenages ont été usinés pour plus de légèreté et des changements de vitesse plus rapides.
Sur les quelques 500 exemplaires de Giulia GTA produits entre 1965 et 1969, il n'en reste aujourd'hui que très peu dans la version routière créée essentiellement pour obtenir l'homologation du Groupe 2. Presque tous passent entre les mains d’Autodelta ou d'experts préparateurs qui, avec le moteur « double arbre » arrivent à atteindre près de 170 ch à 7 800 tours/minute pour une vitesse de pointe dépassant les 220 km/h.
En version Stradale, l'auto développait environ 115 ch (85 kW ; 113 ch) (contre 106 ch (78 kW ; 105 ch)) et un couple maximal de 142 N⋅m (105 lb⋅ft ; 14 kg⋅m) à 3 000 tr/min. Elle était poruvue de pare-chocs et légèrement moins dépouillée que la version Autodelta.
Rien qu'en 1966, l'Alfa Romeo Giulia GTA, conduites par des pilotes officiels et privés, a remporté plus de 200 victoires. La Giulia GTA devient la « tueuse » sur les circuits et dans les courses de côte, imbattable dans sa catégorie.
Avec ses innombrables succès, elle remporte bientôt ses premières victoires dans les championnats nationaux, même aux États-Unis et en Amérique du Sud. Andrea de Adamich (en 1966 et 1967) et Spartaco Dini (en 1969) ont remporté trois fois le Challenge européen des voitures de tourisme, tandis qu'Ignazio Giunti a remporté le Championnat d'Europe de Course de Côte en 1967.
Sa première participation en course remonte à la course de côte Trento-Bondone de 1965, où elle s'imposa facilement dans sa catégorie.
Elle remporta à trois reprises le Deutsche Automobil Rundstrecken Meisterschaft, en 1966, 1967 et 1968 avec Herbert Schultze.
Avec elle, Jean Rolland (2e en 1965) et Bernard Consten devinrent Champions de France des rallyes en 1966 et 1967 (après que Rolland l'eut été en 1964 sur la version TZ), Arnaldo Cavallari remporta la seconde édition de la Mitropa Rally Cup en 1966, après avoir été Champion d'Italie en 1964 sur la GT.
