Основанием для выделения третьего этапа развития педагогической психологии служит создание целого ряда собственно психологических теорий обучения, т.е. разработка теоретических основ педагогической психологии. Так, в 1954 г. Б. Скиннер выдвинул идею программированного обучения, а в 60-х годах Л.Н. Ланда сформулировал теорию его алгоритмизации. Затем В. Оконь, М.И. Махмутов построили целостную систему проблемного обучения. Это, с одной стороны, продолжило разработку системы Дж. Дьюи, полагавшего, что обучение должно идти через решение проблем, а с другой — соотносилось с положениями О. Зельца, К. Дункера, С.Л. Рубинштейна, A.M. Матюшкина и др. о проблемном характере мышления, его фазности, о природе возникновения каждой мысли в проблемной ситуации (П.П. Блонский, С.Л. Рубинштейн). В 50-е годы появились первые публикации П.Я. Гальперина и затем Н.Ф. Талызиной, в которых излагались исходные позиции теории поэтапного формирования умственных действий, впитавшей в себя основные достижения и перспективы педагогической психологии. В это же время разрабатывается теория развивающего обучения, описанная в работах Д.Б. Эльконина, В.В. Давыдова на основе общей теории учебной деятельности (сформулированной этими же учеными и развиваемой А.К. Марковой, И.И. Ильясовым, Л.И. Айдаровой, В.В. Рубцовым и др.). Развивающее обучение нашло свое отражение и в экспериментальной системе Л.В. Занкова.

В этот же период С.Л. Рубинштейн в «Основах психологии» дал развернутую характеристику учения как усвоения знаний. Усвоение с разных позиций детально разрабатывалось далее Л.Б. Ительсоном, Е.Н. Кабановой-Меллер и др., а также в работах Н.А. Менчинской и Д.Н. Богоявленского (в рамках концепции экстериоризации знаний). Появившаяся в 1970 г. книга И. Лингарта «Процесс и структура человеческого учения» и в 1986 г. книга И.И. Ильясова «Структура процесса учения» позволили сделать широкие теоретические обобщения в этой области.

Заслуживает внимания возникновение принципиально нового направления в педагогической психологии — суггестопедии, суггестологии Г.К. Лозанова (60—70-е годы). Его основой является управление педагогом неосознаваемыми обучающимися психическими процессами восприятия, памяти с использованием эффекта гипермнезии и суггестии. В дальнейшем был разработан метод активизации резервных возможностей личности (Г.А. Китайгородская), группового сплочения, групповой динамики в процессе такого обучения (А.В. Петровский, Л.А. Карпенко).