元朝初年，20多歲的郭守敬就勇敢地承擔了邢台五里的流通淤塞河道修建石橋的任務。全部工程用了45天就勝利地完成了，當地人民都很佩服他。郭守敬對發展生產非常重視，符合了元朝統一中國後廣大人民的迫切要求。中統三年（1262年），劉秉忠的同學張文謙向元世祖忽必烈推薦郭守敬“習知水利，巧思絕人”。
在與忽必烈見面時，郭守敬不卑不亢，侃侃而談，面陳了自己關於興修水利的6條建議。他每說一條，忽必烈都要讚嘆一聲，最後，這位君王感慨萬端地說道：“天下管事的人要都像這樣，哪會有不勞而食者？”立即任命郭守敬為管理水利的提舉諸路河渠。看來忽必烈是從心裡喜愛和佩服這位學者型知識分子。
此後，這位具有遠見卓識的水利專家身體力行，排除萬難，先後完成了20多項農田灌溉、河道航運等工程，件件設計科學合理，收效顯著，深得後人稱道。其中最突出的，是對元大都（今北京）通惠河工程的修復。
當時，元大都是全國的政治經濟文化中心。有大批的糧食和物資需要從江南運往京城。為長途運輸方便，就必須靠大運河的這條水路交通幹線。但由於地理及歷史的原因，大運河無法直接通到大都，只能通到河北通州。更為嚴重的是“民以食為天”的糧食不能及時地運到京城。所以把運河開鑿到京城就成為了多年來人們盼望已久的願望。在此之前已經有許多水利方面的專家試圖開鑿它，終因水源問題得不到解決而告失敗。郭守敬上任後，首先想到這個重要工程，並做到開鑿河道的嘗試，開始也沒有成功。
水源問題也成為困擾郭守敬的最大問題。公元1291年，郭守敬經過多次實地勘測，找到了水源，立刻向忽必烈提出開鑿大都運糧河的新方案：他根據大都周圍西北高、東南低的地形，將大都西北昌平神山（今鳳凰山）腳下的白浮泉先引入瓮山泊，並讓這條引水河在沿途攔截所有原先從西山東流的泉水，匯合成流，這樣，便可使運河水量大大增加。另外，由於這些泉水清澈明淨，幾乎不含泥沙，在運河下游還可建立一系列控制各段水位的閘門，以便運糧船能夠平穩行駛。
忽必烈聽著這個頗具科學道理又切實可行的開鑿計劃，深感滿意。於是立即下令重設掌管水利工作的專門機構——都水監，任命郭守敬全權負責。第二年剛開春，這個千秋功業在郭守敬的精心打造下開始了。
60多歲的郭守敬雄心不減，他率領幾萬軍民，夜以繼日，艱苦奮戰，只用了一年半時間，這條全長160多華里的運河便全部竣工，一切就像郭守敬預想的一樣成功。忽必烈喜不自勝，親自為這條運河取名為“通惠河”。從此，南來的運糧船及各路商船可以一直駛進大都城內了。以後明清兩代的水路運輸，都始終受益於通惠河。