同磋商，經過仔細推敲、認真論證和最佳化對比，同意了潮河主壩與九松山副壩的規劃壩址。在周恩來具體籌劃下，１９５８年９月１日，密雲水庫工程正式開工。
１９５９年５月１９日，周恩來第二次到密雲水庫工地。攔洪是修建水庫的重要階段，他這次是為組織和安排搶工攔洪而來的。他到指揮部看了沙盤模型和各項進度圖表，聽取了水庫工程總指揮王憲和工程技術人員的彙報。他了解情況後，對白河主壩攔洪有些不放心，決定再調一萬名解放軍來支援白河，務必確保全面攔洪。後來，幸虧一萬名解放軍的及時支援，否則大汛之前，白河大壩難以築到４８米高的攔洪高度。廬山會議期間，潮白河流域發生特大暴雨，周恩來幾乎天天向錢正英和密雲水庫工地通電話，詢問施工情況，鼓勵奪取攔洪的勝利。１９５９年９月１日，密雲水庫勝利攔洪。
１９５９年９月７日，周恩來第三次到密雲水庫工地。他這次是陪同阿富汗副首相薩·穆·納伊姆親王來的。一方面，他要親眼看看水庫攔洪後的情況；另一方面，他要部署攔洪後的施工，調整一部分民工回去，使水利、農業兩不誤。
１９５９年１０月２５日，周恩來陪同日本松村謙三先生參觀密雲水庫。這是他第四次上密雲水庫。
１９５９年１１月２５日，周恩來率領出席全國水利水電會議的省、市、自治區水利電力廳（局）、農業廳（局）長到密雲水庫參觀、視察。這是他第五次上密雲水庫。
１９６０年３月１３日，周恩來陪同尼泊爾王國首相柯伊拉臘參觀密雲水庫。這是他第六次上密雲水庫。
１９６０年８月３０日，周恩來陪同美國作家斯諾參觀密雲水庫，對水庫的移民安置工作再次作了重要指示。這是他第七次上密雲水庫。
１９６９年國慶節前夕，林彪頭腦一熱，要放掉密雲水庫的水，說是為了防備敵人利用節日進行轟炸，防止因轟炸造成水庫決堤。黃永勝把林彪的意見用電話告訴了周恩來。周恩來為保護密雲水庫，保證首都人民的用水和生命財產的安全，同林彪集團的破壞行為進行了堅決的鬥爭。他當即召集水電部負責人開會，否決了放水的意見。
今天，密雲水庫之水已成為北京的生命水。斯人已逝，功業長存。
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治理珠江
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珠江作為西江、北江、東江的總稱，是廣西、廣東兩省最大的水系。珠江為我國第五長河，但徑流量卻僅次於長江，約為黃河的８倍。周恩來部署全國的水利建設，十分重視珠江的治理與開發。５０年代初，他就強調做好珠江的防洪工作。直到１９７０年，他還對外賓說：在中國“如果說水多的地方，那要算廣東珠江三角洲了。那個地方大水一來就淹掉很多地方，有的地方有一些堤岸，有的地方沒有堤岸”。珠江“還有很多問題”，還“需要修理”。
西江支流鬱江上的西津水庫是韋國清找水利部提出要求，經周恩來批准後修建的一個低水頭電站。１９５７年底，西津水庫施工進入高潮的時候，需要大量澆灌混凝土。由於當時全國的基建規模過大，材料供應緊張。西津水庫所需的鋼材、水泥，只能解決很少的一部分。在缺乏材料影響工程進度的為難之時，周恩來親自批示解決西津水庫的材料問題。三年自然災害和“大躍進”所造成的經濟困難，迫使當時的基本建設規模不得不進行調整。西津水庫也被列入準備下馬的專案。１９６１年，周恩來在水電部和廣西自治區黨委負責人要求續建西津水庫的聯合報告上，簽了“同意”二字，使西津水庫第一臺發電機組在１９６４年建成發電，為西津電灌區（灌溉總面積２００多萬畝）的建設準備了條件，為廣西工業的進一步發展準備了條件。
北江支流的南水水電站，雖只是一座裝機７．５萬千瓦的中型水電站，但設計方案和施工辦法特殊。１９６０年１２月１４日下午，周恩來召集李葆華等開會，專門討論和研究了南水水電站的建設問題。
由東江引水到深圳解決香港供水困難的石馬河供水工程，周恩來給予了極大的支援與關懷。
１９６３年１２月８日下午，周恩來在廣州陶鑄家中，聽取廣東省水電廳廳長劉兆倫關於石馬河供水工程方案的彙報。參加人員有中南局書記陶鑄、廣東省省長陳鬱、廣東省委第二書記趙紫陽、廣東省副省長曾生、廣州市建設局副局長戴機等。
石馬河供水工程，取水於東莞縣境內的橋頭，透過攔河築壩和建立一系列大型抽水機站，逐步提升水位，改東江支流石馬河由北向南倒