為了解決南糧北運的運輸問題和加強對江南富庶地區的控制，元世祖忽必烈開通了從大都到杭州縱貫南北的大運河。
    元代從大都到杭州。有幾條現成的水道可以利用:在長江以南和淮河以南、可以利用隋唐以來的江南河和揚州運河(邗溝);淮河以北清口(今淮陰)至徐州一段，可以利用黃河（原為泗水下游，1194年為黃河南徙所奪)。徐州以上，則循泅水至山東。河北境內，天津以南，可以利用御河（隋代永濟渠。今衛河）；天津以北，則利用流經大都以東道州的白河(今北運河)。這樣，不能通航的地段就只剩下了大都和通州之間的25千米一段及御河和泗水之間的約200千米的一段了。
    為了徹底打通南北漕運，元政府於至元二十年(1283年)在山東境內開挖了濟州河，至元二十六年(1289年)，又開挖了會通河，濟州河從須城安山（今山東東平)到濟寧，接泗水，入黃河;會通河從山東臨清到須城安山，接濟州河。約長一百二十五千米。這樣就溝通了御河及泗水。至元二十九年(1292年)，又在大都和通州之間開挖了通惠河。這樣，北起大都(今北京)南到杭州全長一千五百多千米的京杭大運河全線通航，而且不再繞道開封了。它比隋朝的南北大運河縮短了九百多千米的航程。這條運河奠定了現在京杭大運河的基礎。
一、郭守敬與通惠河
    通惠河是由元朝傑出的水利工程專家郭守敬主持開挖的。至元二十八年(1291年)，開始選線施工。從大都城北面約二三十千米的昌平到大都之間的地面高度、自西北向東南由海拔60米左右下降至海拔50米左右。而沙河和清河從西山山麓分別向東和東北流，會合後向東注入白河。這樣，在昌平與大都之間存在著兩條河谷低地，這兩條河谷低地不利於引導昌平、西山一帶的泉水向東南流貫大都。郭守敬通過實地考察和精確勘測，選定了一條路線。可以克服不利地形的限制而取得豐富的水源，這就是在昌平東南白浮村神山(即今天的鳳凰山)築堰截住向東南流的白浮泉泉水，開渠繞神山南麓向西行，然後轉而南下。避開河谷低地，沿途攔截百泉、虎眼泉、一畝泉、馬眼泉、冷水泉等，注人甕山泊(又稱七裡泊，即今昆明湖)。沿渠所築堤堰就是著名的白浮堰。再從甕山泊開鑿河道，與源出今西直門外紫竹院公園向東流的古高梁河相連，經今德勝門西水關入大都城，匯人積水潭(今什剎海、後海、前海)。再從積水潭開鑿河道向東南流出文明門(今崇文門北)，過大通橋，沿金代的閘河故道向東行20千米，至通州高麗莊與白河相接。這就是通惠河的全程路線，自昌平神山山麓至高麗莊，全長八十多千米。以甕山泊和積水潭為通惠河的調節水庫。今天我們在昌平城東南的鳳凰山下。可以見到九個石雕的龍頭，在數十年前還有汩汩泉水從龍口口中噴出，匯成一個大池。可惜今日已不見流水湧出來了。還能見到龍泉島石碑。這裡就是郭守敬開挖通惠河引白浮泉水為源的遺跡。分天京密引水渠的下游，從白浮經過陽坊、溫泉到昆明湖的渠道和七百年前的這條引水渠走向也是一致的。

郭守敬選定的引水路線因地制宜，極其科學地利用了水源和地形條件，解決了金代開挖閘河時所不能解決的沙多、水少、流急的難題。他引白浮泉水，西經神山山麓再東南流，水清、量大、地平、流緩。因為大都比通州地勢高得多，必須建立水閘才能蓄住水，以控制水位高低。郭守敬又在大都和通州之間建了十一個閘門。通惠河從l292年開工，只用了不到兩年的時間就全部完工了。
通惠河開挖時，征調了軍卒近二萬人，工區水手八百五十余人，入官的囚奴一百七十余人。此外，忽必烈還下令在大都的各級官吏一律參加勞動。通惠河這一名稱也是忽必烈給起的，含有漕運暢通的意思。
二、濟州河和會通河
    在臨清和濟州之間的運河，元朝分兩期修建，先開濟州河，再開會通河。濟州河南起濟州(今濟寧市)南面的魯橋鎮，北到須城(在今東平)的安山，長75千米。人們利用了有利的自然條件，以汶水和泗水為水源，修建閘壩，開鑿渠道，以通漕運。會通河南起須城的安山，接濟州河，鑿渠向北，經聊城，到臨清接衛河，長125千米。它同濟州一樣，在河上也建立了許多閘壩。這兩段運河鑿成後，南方的糧船可以經此取道衛河、白河，到達通州，不必再繞道洛陽和開封了。
    不過，由於山東境內運河水源不足，南北分水地點不當，岸狹水淺，船只不能重載，所以在元朝，通過海路運送漕糧一直占據主要地位。運送糧食的船只從長江口劉家港（今江蘇太倉市東北浏河口)出海北上，沿著山東半島繞過成山角、劉家島、沙門島，經萊州(今山東萊
州市)至界河口(今大沽口)人海河，北循白河至蘆溝河、白河匯合處的張家灣，再將漕糧轉運通州，最後再通過通惠河或由陸路運到大都。