在今成都平原的都江堰、陜西的鄭國渠(今涇惠渠的前身)都是秦統壹六國前為了增加統壹戰爭的戰略物資儲備而興建的灌溉工程。都江堰是岷江上的引水工程，至今已成功地運行了2250年，灌溉面積也增加到1086萬畝。它是無壩取水樞紐，渠首主要依靠魚嘴分水、飛沙堰溢洪、寶瓶口控制引水，具有灌溉、防洪、放木等多種效益，是古代勞動人民的傑作。在世界上如此規模又有數千年歷史的水利工程，恐無出其右者。晚於都江堰10年，公元前246年秦國又興建了鄭國渠。鄭國渠在涇水上，最初是無壩取水，後因河床不斷下切，引水口逐漸上移，至民國年間，由李儀祉先生主持，改為有壩取水，即今之涇惠渠。西漢司馬遷在《史記·河渠書》中稱：“秦以富強，卒並諸侯。”在此後150年左右，在鄭國渠灌區裏又興建了與鄭國渠齊名的白渠。元鼎六年(前111)又興建六輔渠，還同時制定了“水令”，我國第壹個灌溉管理制度由此誕生。稍晚壹些，在今陜西還興建了引洛水灌溉的龍首渠。龍首渠的幹渠以數千米長的隧洞和獨特的施工方式而馳名。可見水利建設在社會發展中有著舉足輕重的地位。這壹時期的灌區建設主要是在黃河以及江、淮流域。隨著漢疆域的擴展，灌區建設還遠及今我國新疆、甘肅、寧夏和內蒙古等地。有人認為新疆的坎兒井也創始於西漢。
(三)運河和水運的開創
春秋末年吳王夫差為與中原諸侯爭霸，開通了著名的邗溝。邗溝自揚州北上，借助天然水道，直抵淮陰，首次溝通了長江和淮河。此外還有溝通黃河和淮河的鴻溝和溝通長江支流湘江與珠江水系漓江的靈渠。靈渠建成於秦始皇二十八年(前219)。靈渠巧妙地利用了湘漓上源相接近的地形特點，修建鏵嘴，將湘江壹分為二，又劈開分水嶺，將南流的壹支導入漓江，再配合修建溢流天平和調節航深的鬥門等設施，達到了跨流域引水通航的目的。靈渠在秦始皇統壹嶺南大業和促進嶺南經濟文化發展中，發揮了重要作用。
西漢建都長安(在今西安市西北)，為保證首都物資供應和避開渭水多沙迂曲的困難，元光六年(前129)開始在渭水之南修建壹條西自長安東至潼關的長達300多裏的漕渠。漕渠歷時3年建成，最多時每年運糧600多萬石，對於維護政權穩定發揮了重要作用。這些區域性的運河建設，為日後全國內河航運網的建成奠定了基礎。這壹時期近海海運也有相當成績，可以東通日本，南達印度和斯裏蘭卡。
(四)水利科學基礎理論形成
春秋戰國時期活躍的學術空氣也表現在水利基礎科學理論的蓬勃興起。秦漢水利建設的高潮，為水利學科的形成創造了條件。西漢司馬遷在《史記·河渠書》中首先賦予“水利”壹詞專業含義，水利成為有關治河防洪、灌溉、航運等事業的科學技術學科，而將從事水利工程技術工作的專門人才稱作“水工”，主管官員稱作“水官”。水利學作為與國計民生密切相關的科學技術的應用學科由此誕生。
先秦時期的文獻中，以《周禮》、《尚書·禹貢》、《管子》、《爾雅》涉及水利科學技術的內容較多。基礎性的理論紛紛提出，主要反映在水土資源規劃、水流動力學、河流泥沙理論、水循環理論等方面。
水土資源是自然界最基本的資源。《管子·度地》把河流分為五種。《管子·地員》根據相應地下水的埋藏深度、水質及適宜農作物對土壤進行了分類。《尚書·禹貢》和《周禮·職方氏》對當時九州行政區的土地和河流湖泊有全面的描述，為自然資源分類統計之始。
在水利科學基礎理論方面，《管子·度地》首先提出明渠水流和有壓管流運動規律及水躍現象。兩幹多年前就建立起了明渠水流水力坡降量的概念，對有壓管流、水躍等水流現象進行了正確的闡述，在當時世界上處於領先地位。
《管子·地員》記載不同的土質和地下水埋深與水質的關系，這裏的息徒、赤壚、黃唐、斥埴、黑埴分別是石灰巖、沖積土、黃壤、鹽堿土和黑黏土，土質不同而水質不同。晉張華的《博物誌》載：“凡水源有硫黃，其泉則溫。”記述了人們早期的水化學知識。
秦漢水利建設出現了歷史上的第壹次高潮。與之同時有關水利的記載大批出現，水利的科學技術基礎理論進壹步深化，對後世影響最大的是《史記·河渠書》，它作為中國第壹部水利通史問世，從而確立了傳統水利作為壹個學科和工程建設重要門類的地位。