ปี พ.ศ. 2540 ทางคณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร โดยศาสตราจารย์นายแพทย์ทองจันทร์ หงศ์ลดารมภ์ ได้ทาบทามโรงพยาบาลอุตรดิตถ์ กระทรวงสาธารณสุข เข้าร่วมในโครงการร่วมผลิตแพทย์เพิ่มเพื่อชาวชนบทของสำนักงานบริหารโครงการร่วมผลิตแพทย์เพิ่มเพื่อชาวชนบท กระทรวงสาธารณสุข ซึ่งต่อมาในเดือนกุมภาพันธ์ พ.ศ. 2541 นายแพทย์สุจริต ศรีประพันธ์ ผู้อำนวยการสำนักงานบริหารโครงการร่วมผลิตแพทย์เพิ่มเพื่อชาวชนบท กระทรวงสาธาณสุข และ ศาสตราจารย์ ดร.สุจินต์ จินายน อธิการบดีมหาวิทยาลัยนเรศวร ได้เข้าเยี่ยมชมโรงพยาบาลอุตรดิตถ์ เพื่อพิจารณาการจัดตั้งศูนย์แพทยศาสตรศึกษาชั้นคลินิก โรงพยาบาลอุตรดิตถ์ขึ้น

ต่อมากระทรวงสาธารณสุขได้มีคำสั่งอนุมัติให้โรงพยาบาลอุตรดิตถ์ กระทรวงสาธารณสุข เข้าร่วมเป็นโรงพยาบาลในโครงการร่วมผลิตแพทย์เพิ่มเพื่อชาวชนบท และมีคำสั่งให้จัดตั้งศูนย์แพทยศาสตรศึกษาชั้นคลินิก โรงพยาบาลอุตรดิตถ์ขึ้น

ทั้งนี้ คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร ได้เข้ามาร่วมพัฒนาในด้านแพทยศาสตรศึกษาและการจัดทำหลักสูตรรายวิชาและการพัฒนาอาจารย์แพทย์และบุคลากรร่วมกัน รวมทั้งการชี้แจงนโยบายด้านการประกันคุณภาพการศึกษาของมหาวิทยาลัยนเรศวร ต่อมาได้มีคำสั่งแต่งตั้งผู้อำนวยการศูนย์แพทยศาสตรศึกษาชั้นคลินิก ดำรงตำแหน่งรองคณบดีฝ่ายคลินิก คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยนเรศวร มาจนถึงปัจจุบัน

ลักษณะพิเศษของโครงการร่วมผลิตแพทย์เพิ่มเพื่อชาวชนบทคือการคัดเลือกนักเรียนที่จบชั้นมัธยมศึกษาตอนปลายจากภูมิภาคและให้กลับไปทำงานที่ภูมิลำเนาเดิม เพื่อเป็นการกระจายโอกาสให้นักเรียนได้ศึกษาวิชาแพทยศาสตร์มากขึ้น เมื่อสำเร็จการศึกษาแล้วจะต้องปฏิบัติงานในภูมิลำเนาเดิมไม่น้อยกว่า 3 ปี หากไม่สามารถปฏิบัติตามสัญญาได้ จะต้องชดใช้ทุนให้แก่กระทรวงสาธารณสุขตามที่กำหนด