南水北调东线工程以长江三江营为起点，主线经过江苏省的扬州市，淮阴市，宿迁市，徐州市，通过南四湖，进入山东省。山东段从南四湖经济宁，走穿黄工程，穿越临清西侧到德州后，出奔河北，在河北只经过沧州市，便"水"分三路，两路流入北大洼蓄水待用，一路送向东线的终点-天津。
早在50年代末，苏鲁两省就开始研究东线方案。事实上，苏北地区的江水北调工程从1961年兴建江都第一站起，历时35年，已颇具规模。江水北调是江苏省为解决本省苏北地区的农业灌溉和抗洪抗旱而兴修的小流域水利工程，从长江三江营，长江的水沿着历史上淮河夺江入海的这条古老的泄洪河道汇入大运河，上行通过江都站、淮安站等九级梯级翻水站，被送到苏、鲁交界的微山湖。对江苏而言，南水北调东线工程就意味着江水北调工程规模的扩大，抽水量的扩大。
整个东线方案在关键是位于山东东平、东阿两县境内的解山之间和位山之间的穿黄工程。这需要在黄河河底的一块巨大的基岩上开凿一条总长584米的倒虹吸隧洞。经过多年地质勘探，穿黄试验洞已经开挖成功，这条高2.6米、宽2.9米的穿黄隧洞标志；东线调水工程的关键技术问题已经得到解决。
概括来讲，南水北调东线工程就是利用原京杭大运河河道，在江苏江水北调的基础上，采用水泵逐级提水北流，穿过黄河四水送到天津。主要解决苏、鲁、冀、津等省市的缺水问题。其优点是以治淮、治海工程为基础，充分利用现有水利工程，能够发挥抗旱、排洪、发电、灌溉、航运等综合效益，而且投资强度较小，便于分期实施。据专家介绍，东线较为敏感的问题是调水经过区域水质污染和多级抽水泵站运行后的工程管理问题
