Когда седан Alfa Romeo Giulietta был снят с производства, все двухдверные версии этой модели автоматически перешли в линейку Giulia. Так в 1962 г. появились переходные модификации Giulia Sprint (купе 2+2 от Bertone), Giulia Spider (кабриолет от Pininfarina) и Giulia Sprint Speciale (двухместное купе от Bertone). Внешне они отличались от соответствующих вариаций Giulietta только выпуклостью на капоте, сделанной для установки нового 1.6-литрового двигателя мощностью 92 или 112 л.с. 

В 1962 г. популярную модель Giulietta (серия 101) сменила Alfa Romeo Giulia (серия 105). Giulia стала известной благодаря высокой производительности при небольших размерах и весе. Несмотря на квадратные формы, она имела низкий коэффициент аэродинамического сопротивления. Несущую конструкцию кузова и подвеску всех колёс на пружинах (независимую спереди и зависимую сзади) машина унаследовала у своей предшественницы.

Первыми начали выпускать автомобили с кузовом седан (Berlina). За все годы производства существовало 12 четырёхдверных версий:

• Giulia 1600 TI (1962-1967) - оснащалась рядным 4-цилиндровым двигателем с двумя распредвалами и одним карбюратором, объёмом 1570 см3 и мощностью 92 л.с. Имела барабанные тормоза на всех колёсах, рычаг переключения передач на рулевой колонке и линейный спидометр.
• Giulia 1600 TI Super (1963-1964) - специальная гоночная модификация, отличалась наклейкой с листом клевера на передних крыльях. С двумя карбюраторами Weber мощность была увеличена до 112 л.с. В стандартную комплектацию входили легкосплавные диски, дисковые тормоза, рычаг коробки передач на полу и более спортивные приборная панель и руль.
• Giulia Super (1965-1972) - дорожный вариант гоночной TI Super мощностью 98 л.с., с той же комплектацией.
• Giulia 1600 S (1968-1970) - с дешёвой отделкой и одним карбюратором, мощностью 95 л.с.
• Giulia 1300 (1964-1971), 1300 TI (1966-1972) и 1300 Super (1970-1972) - бюджетные версии с двигателем объёмом 1290 см3 и мощностью 78-82 л.с.
• Giulia Super 1.3 и 1.6 (1972-1974) - автомобили второй серии, с одинаковой внутренней и внешней отделкой, но разными двигателями, мощностью 89 л.с. и 102 л.с. соответственно.
• Giulia Nuova Super 1.3 и 1.6 (1974-1977) - отличались новой решёткой радиатора из чёрного пластика и плоским капотом.
• Giulia Nuova Super Diesel (1976-1977) - с 55-сильным дизельным двигателем объёмом 1760 см3, который не очень подходил для спортивного седана, поэтому продано всего около 6500 машин.

На укороченной платформе седана строились купе Giulia. Дизайн кузова для всех модификаций разрабатывал Джуджаро из фирмы Bertone. На Giulia Sprint были стандартными дисковые тормоза на всех колёсах и 5-ступенчатая коробка передач, а двигатели устанавливались те же, что и на Giulia Berlina. Сначала выпускались две версии купе: Giulia Sprint GT (1963-1966, 21542 единиц) и Giulia Sprint GTV (1965-1968, 14240 единиц). Последняя имела улучшенную отделку интерьера, бамперы из нержавеющей стали вместо хромированных, изменённую решётку радиатора и на 3 л.с. больше мощности.

Giulia Sprint с 1.3-литровым двигателем называлась GT 1300 Junior (1965-1977, 91195 единиц). С появлением модели 2000 GTV была также введена Giulia GT 1600 Junior (1972-1976, 14299 единиц). К моменту окончания производства все три модификации отличались только объёмом двигателя и мощностью. С 1969 по 1973 гг. продавались двухместные Alfa Romeo 1300 и 1600 Junior с кузовами Zagato, основанные на соответствующих версиях Giulia.

Alfa Romeo Giulia TZ - первый проект компании Autodelta во главе с бывшим инженером Ferrari Карло Чити. Работа над новым гоночным автомобилем началась в 1960 г. Когда появилась серийная Alfa Romeo Giulia, на смену модели Giulietta SZ пришла Giulia TZ (TZ - Tubolare Zagato). На ней использовались некоторые механические компоненты Giulia, включая 1.6-литровый двигатель мощностью 115 л.с. в дорожной версии и 160 л.с. в гоночной. В то же время специально для TZ было разработано шасси с трубчатой рамой, полностью независимой подвеской и дисковыми тормозами.

Кузов был сделан фирмой Zagato полностью из алюминия, поэтому вес машины составил всего 650 кг, а максимальная скорость - 216 км/ч. Последним достижением Zagato в области аэродинамики был короткий хвост (Coda Tronca) - срезанная под углом задняя часть кузова, повышающая стабильность и устраняющая дополнительное сопротивление.

Giulia TZ1 впервые была показана в 1962 г. на автошоу в Турине, а в следующем году уже заняла первые 4 места в категории прототипов на FISA Monza Cup. После выпуска 100 экземпляров в начале 1964 г. модель получила омологацию в категории Gran Turismo. Далее Giulia TZ побеждала в таких гонках, как 12 часов Себринга, Targa Florio, 24 часа Ле-Мана, 1000 км Нюрбургринга, Tour de France и Coupe des Alpes.

В 1965 г. автомобиль был обновлён и получил название Giulia TZ2. Мощность двигателя увеличилась до 170 л.с., а максимальная скорость - до 245 км/ч. Новый кузов из стекловолокна с цельным задним стеклом снизил вес ещё на 30 кг. В конце года Giulia TZ уступила место для новой программы гоночных GTA. Из второй серии было построено только 12 машин. 

В 1964-1966 гг. миланская Carrozzeria Touring изготовила 1004 кабриолета Giulia GTC. Механически эти машины соответствовали купе Giulia Sprint GT, и дизайн обеих модификаций разработал Джуджаро.

Этот прототип разработала Autodelta, планируя заменить Giulia TZ1. Кузов из стекловолокна с большими окнами из плексигласа по сравнению с автомобилями Zagato выглядел ужасно. Капот, крылья и боковые свесы были очень низкими. На дверях типа "крыло чайки" стояли изогнутые стёкла, охватывающие часть крыши. Giulia TZ Autodelta так и осталась прототипом, так как в серию пошла машина с дизайном Zagato. 

Pininfarina представила свою версию Giulia TZ под названием Giulia 1600 Sport Coupe на автосалоне в Турине 1965 г. В отличие от корпуса Zagato со срезанным хвостом, эта машина имела длинные свесы и выпуклые передние крылья. Низкий аэродинамический кузов был окрашен в белый цвет с широкой тёмно-красной полосой посередине. Через весь капот от эмблемы Alfa Romeo до ветрового стекла проходил гребень. Многие элементы дизайна концепт разделял с Ferrari Dino, созданной в том же году. 

В 1967 г. серия Giulia подверглась серьёзной модернизации и получила новый 4-цилиндровый двигатель объёмом 1779 см3 и мощностью 122 л.с. Купе теперь называлось 1750 GTV (Veloce - быстрая). Кроме более мощного мотора, на машине стояли увеличенные колёса с дисковыми тормозами и стабилизатор поперечной устойчивости на задней подвеске. Внешние изменения затронули прежде всего переднюю часть - появились сдвоенные фары и ровный капот. Дизайн интерьера также был переработан. Для рынка США, где действовали ограничения выбросов, двигатели оборудовались впрыском топлива SPICA.

Autodelta, гоночное подразделение Alfa Romeo, построила в 1965-1968 гг. 500 автомобилей Giulia Sprint GTA для омологации в туринговом чемпионате. Буква "А" в названии означала "Alleggerita" (итал. облегчённая). Эта модификация оснащалась 1.6-литровым двигателем с новой головкой блока, двойным зажиганием и двумя карбюраторами Weber, который развивал от 109 до 125 л.с. Для снижения веса на Giulia Sprint GTA стояли алюминиевые внешние панели кузова, диски из магниевого сплава, пластиковые боковые окна и лёгкая отделка интерьера. В 1968 г. появилась младшая модель Alfa Romeo GTA 1300 Junior, которая имела такую же комплектацию и меньший 1.3-литровый силовой агрегат мощностью 95 л.с.

Самыми редкими версиями Alfa Romeo Giulia были Sprint GTAm и 1600 Sprint GTA-SA. Первая из них, произведенная исключительно Autodelta в количестве около 40 единиц, предназначалась в основном для американского рынка. На ней использовался специально настроенный двигатель модели 1750 GTV со впрыском топлива, мощностью до 240 л.с. Вторая гоночная Giulia, с обозначением GTA-SA (sovralimentato - нагнетатель), оборудовалась двумя нагнетателями и производила 250 л.с. Таких машин в 1967-1968 гг. было собрано всего 10 экземпляров.

Последнюю модификацию купе из серии Giulia Sprint можно было отличить по решётке радиатора с горизонтальными хромированными полосами и легкосплавным дискам в стиле турбин. Двигатель объёмом 1962 см3 устанавливался на автомобили GTV, Berlina и Spider. В американской версии с системой впрыска топлива он производил 130 л.с., а с карбюраторами для других рынков мощность составляла 132 л.с.