魏晋南北朝时期，群雄以黄河为主要战场，进行了长达三百年的混战，促使中原地区的官民大量南迁。这时，南方政权相对稳定一些，水利工程建设取得了一定进展。
随之而来的唐宋两朝，五百多年间，全国范围内出现了基本稳定的政治局面，为水利发展提供了有利的条件。防洪、灌溉、航运建设都取得了重大的成就。
安史之乱后，北方农业经济一度衰退，而南方继续稳定发展，全国经济重心南移了。
唐朝社会的开放风气和宋朝学术思想的活跃都为科学技术的进步创造了良好的条件。在历代水利建设经验积累的基础上，水利科学技术取得了长足的进步。中国古代传统水利技术发展到了高峰，位居世界水利技术的前列。
（一）防洪与治河
五代以前，黄河相对稳定一些，很少决堤。
五代至北宋，由于黄河泥沙多年淤积，河床抬高，黄河决堤溢洪现象日渐严重。
经过长期的泥沙淤积，王景、王吴治理的这条原来地势较低、河床较深的河道，又被逐渐地抬高了。到唐朝时，决口泛滥开始增多。
宋仁宗庆历八年（1048年），河决濮阳，终于发生了一次重大的改道，黄河向北流经馆陶、临清、武城、武邑、青县等地，至今天津入海。
这时，和朝廷两派大臣政治斗争一样，防洪方略也存在着严重的分歧，突出表现在关于黄河东流与北流的争论，使防洪问题更加复杂了。
宋高宗建炎二年（1128年），金兵南下，东京留守杜充妄图用河水阻挡，决开黄河南堤。军事目的并未达到，却酿成豫东、鲁西、苏北的特大水灾。黄河下游河道再一次大迁徙，夺泗水、淮水河道，与泗、淮合流入海。这条由人工决口形成的黄河下游新道问题很多，从决口到泗水一段系在泛滥中形成，河床很浅，极易泛滥成灾；泗水以下一段河道狭窄，又有徐州洪、吕梁洪之险，很难容纳下黄河汛期的洪水。
当时，宋金南北割据，淮河成了南北分界线，治理黄河根本不可能了。防洪治河的重任只得留待后世王朝来完成了。
（二）灌区兴建
秦汉以前，我国经济重心主要在黄河流域。其后，基本经济区逐渐向南方扩展了。
三国至南北朝时期（约公元3世纪-6世纪），淮河中下游成为继黄河流域之后的又一基本经济区。
隋唐宋时期（约公元7世纪-13世纪），长江流域和珠江流域的经济地位日渐突出。其中，长江中下游已成为全国的经济中心。人们常说：“国家根本，仰给东南。”指的就是这里。
随着经济区的扩展，水利建设也取得了长足的进步。
圩田是太湖以及长江中下游地区农田的主要灌溉排水形式，到唐朝末年时已有相当大的规模了。圩田是在滨湖和滨江低地兴修的一种水利工程形式，四周围以堤防，与外水隔开。其中建有纵横交错的灌排渠道，圩内与圩外水系相通，但其间用闸门隔开，利用开闸或关闸控制引水和排水，对天然降水不均的情况起到重要的调节补充作用。因此，人们称之为“以沟为天”。北宋范仲淹曾描述圩田说：“江南旧有圩田，每一圩方数十里，如大城，中有河渠，外有门闸。旱则开闸引江水之利，涝则闭闸拒江水之害。旱涝不及，为农美利。”
除圩田外，灌溉工程在全国普遍兴建。唐朝浙江鄞县的它山堰是在奉化江支流鄞江上拦河筑坝的引水工程。拦河坝隔断了顺鄞江逆流而上的海潮，积蓄了上游淡水，从而达到“御咸蓄淡”、引水灌田和向城市供水的目的。
唐宋时期，灌溉提水机械和水力加工机械都有很大的发展，其中用水力驱动的灌溉筒车和主要用于粮食加工的水碾、水磨等在黄河、长江、珠江等流域得到了普遍应用。
太湖流域是以太湖为中心，包括江苏省南部、浙江省北部和上海市大部分地区。它西起茅山和天目山，东临东海，北滨长江，南濒杭州湾，总面积三万六千多平方千米。
早期，太湖流域被认为是全国最差之地。《禹贡》将全国分为九州，并定出每州的等级，最好的是“上上”，最差的为“下下”，共定九等。当时，太湖流域属“下下”等。而到宋朝时期，以苏、杭二州为中心的太湖流域地位急剧上升，被认为是全国最好的地方，是“人间天堂”。这都是兴修水利工程的结果。
太湖流域的农业需人工灌溉，特别是占流域面积22%的山区和丘陵区的农业。因此，隋唐两宋时期，这里修建了好多陂塘等蓄水工程，多达十几处，其中最重要的就是钱塘湖。
钱塘湖即西子湖，也就是现在的杭州西湖。
西湖由大诗人白居易主持凿建，它以江南河为灌溉干渠，灌溉钱塘（今杭州市）、盐官（今海宁县）一带农田四千多顷。
太湖流域虽然有许多自然河道可资排洪，如松江、娄江（浏河）和江南大运河。但是，由于太湖流域62%的地区为平原和洼地，而台风暴雨又来势凶猛，洪水仍然无法及时排出，洪涝之害大大超过旱灾。这就有必要修建更多的以排洪为主的工程。
隋唐两宋时期，在太湖流域修建的、对排洪有重要意义的水道数量很多，有唐朝的元和塘、孟渎、泰伯渎、汉塘和宋朝的至和塘等。除这些主要的水道外，还以这些主要水道为干道，建成了众多的泾浦，也就是小河道。这样，太湖流域的水道密如蛛网，真的成了水乡泽国了。
圩田虽不能抗御大旱大涝，但对一般水旱有自卫能力，其经济效益远远高于普通农田，它是水乡人民伟大的创造。南宋时，太湖流域圩田分布就已经很广，在今苏州、吴江、常熟、嘉定等县市即有1500多圩田。河网化和圩田化建设促进了太湖流域农业生产的发展，终于成了国家粮食的主要供应地。
（三） 运河开凿
内河航运是古代实现政治统一、经济发展和文化交流的主要交通渠道。
长安位于八百里秦川的中心，土地肥沃；平原四周又有大山环抱，退可以守，进可以攻。因此，隋文帝杨坚结束魏晋南北朝的分裂局面后，便以长安作为帝国的都城。
但是，魏晋南北朝时期政局动荡，关中经济遭到破坏，已经难以与盛极一时的西汉相比了。
西汉时，仅郑白渠即可灌溉农田四万多顷。魏晋南北朝时，这里有许多灌溉工程因无暇维修而湮废。因此，隋文帝定都长安后，仰仗东粮西运的程度远远超过了西汉。西汉时，因渭水运量很少，曾凿过一条名叫漕渠的运河。后来，东汉定都洛阳，粮食要西运到洛阳，漕渠由于年久失修，终于报废了，隋文帝只好开新渠。
隋文帝开皇元年（581年），隋文帝命大将郭衍为开漕渠大监，凿渠引渭水，经大兴城（长安城）北，东至潼关，全长400余里，名曰“富民渠”。
富民渠虽然发挥了重要的作用，但因仓促完工，渠道又浅又窄，航运能力有限，难以满足日益增加的东粮西运的需要。
隋文帝开皇四年（584年），隋文帝下令再次动工，对富民渠加以改建。这次改建，要求凿得又深又宽又直，可通巨舫。舫是一种两舟相并的船，体积大，运粮多。改建工程由杰出的工程专家、大兴城的设计者宇文恺主持。在上下共同努力下，工程进展顺利，当年即竣工了。
此渠自大兴城至潼关，全长300余里，命名为广通渠。广通渠的运量大大超过旧渠，因此也就大大地缓和了关中地区粮食的紧张情况。隋文帝开皇五年（585年），关中大旱，但旱而无灾，全靠这条河运来的粮食。
从潼关以东运粮进入关中，广通渠以东一段水路是走黄河。黄河有三门峡之险，两个石岛兀立河心，人称中流砥柱，形成神门、鬼门、人门三条险道，故称三门峡。神、鬼二门无法通舟，人门虽可勉强航行，但风险极大，经常船毁人亡。于是，隋文帝于开皇十五年（595年）下令凿毁砥柱。由于当时科学技术条件有限，工程无法进展，只得半途而废。
隋炀帝继位后，认为关中与山东、江南、河北等地距离太远，立即下诏营建东都洛阳，接着又陆续降旨开凿以东都为中心，通向江淮、河北等地的大运河，以加强对这些主要经济区的联系和控制。
隋炀帝大业元年（605年），隋炀帝下令开凿通济渠。通济渠分西、中、东三段：
西段以东都洛阳为起点，以洛水及其支流谷水为水源，在旧有渠道阳渠和自然水道洛水的基础上扩展而成，到洛口与黄河汇合。由于古阳渠又称通济渠，人们就把这一名称由西段扩大到了中段和东段了。
中段以黄河之滨的板渚（今河南荥阳西部）为起点，引黄河水作水源，向东到浚仪（今河南开封市）。这一段原是汴渠上游，隋朝加以浚深和拓宽。
东段另凿新渠，浚仪以下与汴渠分流，东南走向，经宋城（今河南商丘县南）、永城、夏丘（今安徽泗县）等地到睢眙注入淮水。浚仪以下不再利用汴河旧道而是另开新渠，一因汴河东段的位置偏北偏东，隋炀帝南巡江都和南粮北运进京时都过于绕远；二因从汴河入淮必须取道泗水，而泗水航道曲折，又有徐州洪、吕梁洪之险，经常翻舟。而浚仪到睢眙地势比较平缓，河床比降适度。新渠东接邗沟后，便可一帆风顺地到达江都了。