Al momento dell'inaugurazione, oltre al direttore il Servizio comprendeva tre medici neuropsichiatri e un'assistente sociale. Era articolato in tre ambulatori, denominati Centri psico-medico-sociali, con sede a Pisa, Pontedera e Volterra, rispettivamente collocati presso la Clinica, il dispensario antitubercolare e l'ospedale generale. Ad ognuno era assegnata una circoscrizione territoriale a cui facevano riferimento un certo numero di comuni e dunque di utenti.
Nel 1963 le province di Livorno e Pisa, che non avevano un ospedale psichiatrico sul territorio, costituirono un Consorzio per la gestione del Frenocomio San Girolamo di Volterra. Dopo la scomparsa improvvisa di Pintus, avvenuta nel 1959, la direzione della Clinica e dei Centri era passata a Pietro Sarteschi, suo collaboratore di più vecchia data.
L'organico del Servizio aumentò tra il 1964 e il 1966, quando furono assunte una nuova assistente sociale e due assistenti sanitarie. Nel 1967 si aggiunse anche un altro medico, in concomitanza con l'apertura di un nuovo Centro a Ponte a Egola (presso il consorzio antitubercolare, poi spostato a San Miniato). Sempre in questo periodo nella sede dell'amministrazione provinciale fu inaugurato un Centro direzionale con funzioni organizzative, dove era raccolto l'archivio e si svolgevano le riunioni delle equipe.
Il 18 marzo 1968 fu approvata la legge 431, detta Mariotti, sulle Provvidenze per l'assistenza psichiatrica, che tra l'altro regolamentava i Centri di igiene e profilassi mentale e la relativa pianta organica.
Nel febbraio 1975 la Provincia approvò un nuovo Regolamento riguardante l'assistenza domiciliare agli "infermi di mente". Lo stesso anno l'amministrazione assunse direttamente la gestione dei servizi extramanicomiali, sottraendola alla Clinica universitaria che presso di sé aveva anche un reparto con oltre cento posti letto per ricoveri coatti e volontari. La decisione venne presa nel clima di contestazione anti-istituzionale e anti-autoritaria, nel pisano particolarmente vivace per la presenza del movimento studentesco e di un consistente nucleo di medici e operatori aderenti a Psichiatria democratica, associazione fondata da Franco Basaglia nel 1973.
Sul territorio di Pisa, da metà anni Settanta, iniziarono a proiettarsi anche gli operatori del manicomio di Volterra, in gran numero e con equipe miste. La decisione di territorializzare l'assistenza psichiatrica verso la Valdera, la Val di Cecina e Cascina, impiegando il personale ospedaliero, era stata presa dal direttore Carmelo Pellicanò, di orientamento antimanicomiale.
Con la L. 180/1978, che stabiliva la chiusura degli ospedali psichiatrici, e con la riforma delle Unità Sanitarie Locali stabilita dalla L. 833/1978 che istituì il Servizio Sanitario Nazionale, i vari servizi psichiatrici sul territorio pisano passarono per competenza alle USL e successivamente alle ASL.