为此先后开凿了三段河道，把原来以洛阳为中心的隋代横向运河，修筑成以大都为中心，南下直达杭州的纵向大运河，元朝花了10年时间，先后开挖了“济州河”和“会通河”，把天津至江苏清江之间的天然河道和湖泊连接起来，清江以南接邗沟和江南运河，直达杭州。而bj与天津之间，原有运河已废，又新修“通惠河”。这样，新的京杭大运河比绕道洛阳的隋唐大运河缩短了九百多公里。
元代开凿的重点段一是山东境内泗水至卫河段，一是大都至通州段。至元（元世祖忽必烈年号）十八年（公元1281年）开济州河，从任城（jn市）至须城（东平县）安山，长75公里；至元二十六年（1289年）开会通河，从安山西南开渠。由寿张西北至临清，长125公里；至元二十九年（1292年）开通惠河，引京西昌平诸水入大都城，东出至通州入白河，长25公里。至元三十年（1293）元代大运河全线通航，漕船可由杭州直达大都，成为今京杭运河的前身。
京杭大运河按地理位置分为七段：bj到tz区称通惠河，自昌平县白浮村神山泉经瓮山泊（今昆明湖）至积水潭、中南海，自文明门（今崇文门）外向东，在朝阳区杨闸村向东南折，至通州高丽庄（今张家湾村）入潞河（今北运河故道），长82公里；tz区到天津称北运河，长186公里；天津到临清称南运河，长400公里；临清到台儿庄称鲁运河，长约500公里；邳州到淮安称中运河，长186公里；淮安到瓜洲称里运河，长约180公里；镇江到杭州称江南运河，长约330公里。
明、清两代维持元运河的基础，明时重新疏浚元末已淤废的山东境内河段，从明中叶到清前期，在山东微山湖的夏镇（今微山县）至清江浦（今ha市）间，进行了黄运分离的开泇口运河、通济新河、中河等运河工程，并在江淮之间开挖月河，进行了湖漕分离的工程。京杭大运河作为南北的交通大动脉，历史上曾起过巨大作用。运河的通航，促进了沿岸城市的迅速发展。
通州古诗云：一支塔影认通州。燃灯塔矗立在大运河的北端，是京门通州的标志性建筑。天津北运河和南运河在天津会师，又在这里被海河一齐送入渤海。
据记载，漕运发达时期，从天津到通州的北运河上每年要承载2万艘运粮的漕船，官兵12万人次，连同商船共3万艘。水道的开通使小小的直沽寨很快发展成了远近闻名的“天津卫”。镇江、扬州长江和京杭大运河的交汇处。聊城湖、河水面积占城区的三分之一，被称为“中国北方威尼斯”，在北方城市里非常少见，这其中就有京杭大运河的功劳。
苏州“苏湖熟，天下足”。运河的开通，使苏州水多粮丰。现有京杭大运河苏杭段客运航线往返。淮安大运河的入淮口，运河东岸古镇码头下便是《西游记》的作者吴承恩的故居。
近现代变化
1842年，英军在鸦片战争中决胜的一战，就是夺取京杭大运河与长江交汇处的镇江，封锁漕运，使道光皇帝迅速作出求和的决定，不久签订了《中英南京条约》。
1853年后，太平天国占据南京和安徽沿江一带十多年，运河漕运被迫中断。战争极其惨烈，期间沿线主要城市都遭受重创，部分甚至全部焚毁。
1855年黄河改道后，运河山东段逐渐淤废。从此漕运主要改经海路。
1872年，轮船招商局在上海成立，正式用轮船承运漕粮。
1904年，漕运总督也被撤废。
1911年，津浦铁路全线通车。从此京杭大运河以及沿线城市的地位一落千丈。
解放后对运河进行了大规模整修，使其重新发挥航运、灌溉、防洪和排涝的多种作用，部分河段已进行拓宽加深，截弯取直，新建了许多现代化码头和船闸，航运条件有所改善。季节性的通航里程已达1100多千米。江苏邳县以南的660多千米航道，500吨的船队可以畅通无阻。
1988年底建成的京杭运河和钱塘江沟通工程已将江、河、海衔接起来。
2002年，原本只负责通航的京杭大运河被纳入了“南水北调”三线工程之一，成为中国南水北调东线工程的重要环节和通道，通过它长江下游的水得以送到北部缺水的山东和河北等地。
在xz市京杭大运河上设有张楼水站。
2014年9月，通州、武清、香河三地水务部门已签订战略合作协议，京杭大运河通州—香河—武清段有望实现复航，计划于2017年实现初步通航，2020年正式通航。
2019年2月，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《大运河文化保护传承利用规划纲要》（以下简称《规划纲要》），并发出通知，要求各地区各部门结合实际认真贯彻落实。10月3日，京杭大运河（通州城市段）旅游通航仪式举行，北关闸至甘棠闸段11.4公里正式通航。
2021年6月26日，京杭大运河bj段的通航将创造多项新的历史，包括bj市第一次出现航道和航运，第一次出现船闸等通航建筑物运行管理，第一次出现市内水路运输等。
2022年4月14日，在南水北调东线一期北延工程供水基础上，岳城水库开闸，潘庄引黄渠首加大流量，向京杭大运河黄河以北河段补水，标志着京杭大运河2022年全线贯通补水行动正式启动。
4月28日，京杭大运河全线水流贯通。6月3日，京杭大运河解台闸二号船闸关闭，全副武装的“蛙人”潜入水底检查闸门每一个角落，为即将进行的大修工作提前准备。据悉，按照航闸养护计划安排，解台闸二号船闸将于6月4日至7月13日停航大修。大修期间，解台闸改双闸通航为单闸通航模式，一号船闸独自承担船闸运行重任。
6月24日，大运河京冀段全线62公里实现互联互通试验性通航。6月28日，水利部副部长魏山忠表示，京杭大运河2022年全线贯通补水行动，共向京杭大运河黄河以北707公里河段补水8.4亿立方米，目前京杭大运河保持全线有水状态。9月1日上午9时，京杭大运河沧州中心城区段实现旅游通航。
2023年2月9日，水利部网站消息，2023年实现京杭大运河黄河以北707公里全线贯通。
3月，每经ai快讯，京杭大运河二通道是京杭大运河浙江段三级航道整治工程的核心部分。京杭大运河二通道杭州段顺利贯通。4月4日上午10点，岳城水库加大下泄流量，位于山东德州的四女寺枢纽南运河节制闸开启，岳城水库水经卫运河与南水北调东线北延工程水、引黄水汇合，进入南运河。同月，大运河黄河以北段707公里实现水流贯通，这是继2022年经补水实现百年来首次全线水流贯通后，京杭大运河再次全线贯通；京杭运河济宁跃进临港国际智慧制造基地项目开工。
5月，随着运河二通道喇叭口最后一船土方的运出，京杭大运河新老航段正式连通。6月，历时三个月的2023年京杭大运河全线贯通补水任务顺利完成，累计补水9.26亿立方米，超计划补水量近一倍，置换沿线94.2万亩耕地地下水灌溉用水。7月18日上午，京杭运河杭州段二通道正式通航，首批船舶从八堡船闸两个闸室分别驶向钱塘江和内河。