Procter gjorde en ihärdig 137, hans högsta första klassens poäng, och Alviro Petersen en gnistrande 81 i totalt 465, en första-innings bly på 347.
Det skulle ha varit större om det inte hade varit för en eldig och underhållande trollformel från Tino Best, som tog 5-90.
Jimmy Adams föll för Jimmy Anderson tidigt i Hampshires andra innings när de stängde 22-1, 325 springer efter.
Deras strävan att undvika en innings nederlag kommer att underlättas av en yta som förblir sann, om än med en viss vändning erbjudande till spinnarna.
Det sätt som Lancashire staplade på löpning på en varm dag ytterligare belyste otillräckligheten i Hampshires magra första innings 109.
Procter var först i sällskap med Haseeb Hameed, som gjorde en försiktig 62 innan du kantade den imponerande ben-spin av Mason Crane att halka, med Petersen sedan anländer för att göra batting ser lättare än någon annan i matchen.
Medan den sydafrikanska upptagen ackumuleras och straffas allt löst, Procter, gynnar bensidan, registrerade sin andra första klass århundradet.
Det var när Petersen fångades när han krokade Best som Lancashire började glida i ansiktet på en spännande, fientlig bowling från Västindianen.
Procter greps när han drog, medan Liam Livingstone ryckte upp sina stubbar och James Anderson fick en omfattande skål.
Inför ett så stort underskott förlorade Hampshire omedelbart Adams, som kantade en skönhet från Anderson, innan Michael Carberry och England hoppfull James Vince såg till att det inte fanns några ytterligare förluster.
Luke Procter berättade för BBC Radio Lancashire:
"Jag är över månen. Att få sekel på Old Trafford var en av mina barndomsdrömmar och det har gått i uppfyllelse. Jag tänkte inte på det när jag var där ute. Jag fortsatte bara att slåss.
"Bowlarna gjorde ett fantastiskt jobb för oss i de första omgångarna och sedan för oss att sätta 450 på brädet är fantastiskt. Vi ville bara slåss hela dagen. Det var ingen brådska med hur snabbt vi fick våra lopp.
"Haseeb är riktigt bra att slåss med. Han är lugn och det lugnar ner dig. Alviro var också bra. Han sätter press på bowlarna. När de är hårda mot oss går han tillbaka hårt mot dem.
"Ashwell Prince slogs vid tre förra året och det är uppenbarligen stora stövlar att fylla lite har jag verkligen njutit av det. Jag har haft några starter så det är bra att få ett sekel i styrelsen."
Tino Best berättade för BBC Radio Solent:
"Mason Crane skålade vackert. För en 19-årig bensnurre att ha så mycket kontroll är fantastiskt. England har producerat en kvalitetsbensnurr. Han är verkligen en för framtiden.
"Han höll det hårt och det gav mig möjlighet att verkligen springa in och uttrycka mig. Det är därför Hampshire har tagit med mig. I slutet av dagen, du har bara en kort tid att spela detta spel och jag är 35 i sommar. Men jag är frisk och stark och jag är alltid redo att gå och binda mig.
"Solen var varm, Wicketen var platt och jag tänkte för mig själv att detta är precis som förstklassig cricket i Barbados. Men du måste ändå springa in hårt och bowla snabbt och det är vad Hampshire betalar mig för att göra.
"Det bästa för mig var Steven Croft. Han är en bra spelare som kan ta spelet ifrån dig. Alviro Petersen var också pristagare. Det var en bra strid. Västindien mot Sydafrika. Och jag tänker inte backa. Jag visste att han skulle göra sitt drag men jag såg till att han inte drog ut mig ur parken för att jag backade upp mig själv. Det var en stor wicket eftersom han är en klassakt. "
Lancashire byggde en enorm ledning med hjälp av Luke Procters århundrade på dag två mot Hampshire vid Old Trafford.