明成祖迁都北京，迫切需要南北大运河畅通无阻，增加运输能力，以便从东南地区调运粮食和物资供应北京。为此，诏命工部尚书宋礼主持修浚会通河事宜。宋礼在施工过程中，接受了汶上老人白英的建议，于汶水下游东平戴村筑新坝，拦截汶水流入南旺，然后将十分之四的水南流接徐、邳，十分之六的水北流至临清，从而解决了元代会通河行水不利的难题，以便漕船顺利地在会通河上航行，使南北大运河全线畅通。
明代黄河决口改道频繁，平均约七个月有一次决口，因此，治河任务十分繁重。在治河策略上，明代重北轻南，以保漕为主，形成“北岸筑堤，南岸分流”的格局。
在治河理论上，四任总督河道的潘季驯（1521—1595）继承和发展了“筑堤束水，以水攻沙”的理论。他按地形坡度，因地制宜地筑堤合流，并“借淮之清以刷河之浊”。于是“筑高堰束淮入清口……使二水并流，则海口自浚”。潘季驯治河的结果是令人满意的。他不但使河道得到刷深，而且改变了海口积沙高仰的形势，为黄河开辟了入海的道路，取得了前所未有的成就。潘季驯的主要水利著作有《河防一览》、《总理河漕奏疏》等。
在水利著作方面，徐贞明（？—1590）的《潞水客谈》颇为有名。此书的中心思想是要以人力控制水旱灾害。为此，他曾在京东地区对地形、土壤、河流、水泉等进行考察，把结果绘制成图。徐贞明认为，不但濒海荒地可以耕治，其他如密云、平谷、三河、蓟州、迁安、卢龙、抚宁、丰润、玉田等地，都有丰富的水源可用于灌溉，以利耕垦。他还认为，“水害未除，正由水利未兴”。水“聚之则害，散之则利；弃之则害，收之则利”。因此他主张兴修水利应从上游入手。他的治水思想强调治理地理环境，并把治水与发展生产密切结合起来，体现了经世致用的观点。
明末，随着西方传教士来华传教的同时，西方水利学开始传入中国。万历三十九年（1611），徐光启和熊三拔（SabbathinusdeUrsis，1575—1620）合译《泰西水法》。他们的翻译不同于一般人的直译，而是结合中国实际，只选择其中适用的或确实比中国先进的部分翻译。翻译时，一边翻译文字，一边照图制造水工器具，一边试验，然后把制造的经验及试验的结果也写进书中。这样一来，就不仅仅是翻译了，而是融进了徐光启的研究心得。万历四十年（1612）春天，《泰西水法》六卷译成，成为传入中国的第一部西方水利学专著。