公元10世纪初叶以后，北京逐步发展为一个全国性的政治中心。最初是辽朝于太宗会同元年（938年）在这里建立陪都，号曰南京，但是并没有把南京作为真正的统治中心。到了公元1153年金海陵王才真正在这里建都，改称中都。此后，元、明、清三个朝代也都相继建都于此，其间虽有暂时的中断，但在北京城整个发展的历史上并没有很大的影响。
金中都城是因袭辽城旧址而扩建的，元朝初年另筑新城，叫作大都。明朝初年再加改造，正式命名北京，这就是现在北京的内城。中叶以后更筑外城，最后完成了今日北京内外城凸字形的轮廓。清朝一代完全因袭明城，没有改变。
北京建都之后，历金、元、明、清四朝，城址虽有迁移，对于增辟水源却存在着共同的要求。首先是为了配合都市设计、辟治苑林，不得不寻求水源；其次为了开凿河道、运输漕粮，更不得不寻求水源。这一切都是为了满足封建统治中心的要求，而农田的灌溉反而降到次要的地位。
一、金中都城运河的开凿
（一）宫苑流水的导引
金中都城是在北京早期的城址上所建立起来的最为壮丽的一座大城，金海陵王天德二年（1150年）动工扩建。在扩建过程中，首先考虑的是都城以内开辟宫廷苑林的用水。在我国的城市建筑史上，历代封建帝都的设计，宫苑布置占有极其重要的位置。宫苑必须具有美丽的风景，而构成美丽风景的重要因素之一就是水。例如在汉、唐长安与隋、唐洛阳城的设计中，都曾大量引用流水点缀宫苑，其中尤以唐长安城最为典型。在封建帝国国都的设计上，宫苑流水的导引既已成为一种传统，因而被导引的水流也就逐渐获得了固定的名称，如金水河、太液池一类名称，不但见于元、明以来的北京城，而且见于古代帝王的都城。金朝的统治者是一个在文化上比较落后的部族，事事仿效汉族制度，都城的设计也不例外。当时为了解决宫苑用水，就在扩建旧城时，把原在西郊一条名叫洗马沟的小河，有计划地圈入城内，并且流贯皇城西部，造成一个极其重要的苑林区，名叫同乐园，又称西华潭或鱼藻池，也就是中都城中的太液池。下游流经皇城南面正门（宣阳门）前龙津桥下，斜穿出城，流为南护城河。南护城河西段，别有水源，出中都城西南近郊流泉，傍中都南墙东往，即今凉水河之上源。
洗马沟的上源，古称西湖，《水经注》中有很好的一段
描写说：
洗马沟…水上承蓟水，西注大湖，湖有二源，流结西湖。湖东西二里，南北三里，盖燕之旧池也。绿水澄澹，川亭望远，亦为游瞩之胜所也。湖水东流为洗马沟，侧城南门东注。
这里所说“侧城南门东注”者，所指是北魏时蓟城的南门，至金则已包在中都城内。洗马沟的上源既然早已成为蓟城西郊的一个名胜，那么它的下游被圈入宫苑，也是很自然的。其后元朝改建大都城，这一带地方又成郊外，演变至今，虽已历六百余年，但是旧日河湖痕迹，也还依稀可见。以地理位置推求，古时西湖即是今之莲花池，由莲花池东南流之小河，即是古之洗马沟，不过其下游已被导入今日外城西护城河，与今日之凉水河不复相通。今环城铁路广安门站以西有一带浅湖，当即金皇城内之西华潭遗迹。
（二）近郊运河的开凿
宫苑用水，数量有限，还是比较容易解决的。但是为了开凿运河，如何寻求水源，却是一个极其困难的问题。在我国封建社会时期，首都运河的主要任务，就是要聚敛全国农田赋税中一部分食粮，集中到都城，用以供应封建帝王的挥霍，及其庞大的官僚统治机构的开支，这就叫作漕
运。其次才是各种货物的运输，主要也是供给都城的消费。金朝在中国的统治虽只限于淮河、秦岭以上的部分地区，但还是想尽了办法把华北大平原北部的粮食，经由今卫河、滏阳、滹沱、子牙、大清诸河，汇集到当时的海滨，然后再遵潮白河（即潞水），逆流而上，输送到通州。每年漕粮的数字，少则数十万石，多则百余万石，不由水运，实在很难完成运输的任务。沿途漕河都是利用天然河道，只是从通州西至中都，约25公里，不得不开凿人工运河。中都城平均海拔高出通州约20米，因此，潮白河水不能西引，必须在中都城一端寻找水源，才能顺地形高下流至通州以接潮白河。但是中都附近缺乏足够的水源，这就成了一个必须解决的难题。
根据前人开凿车箱渠的经验，中都以西的卢沟河（今永定河）虽然可以导引，但是由于工程技术的限制，却也有很大困难，而且容易导致水灾。金初可能是已经考虑到这些问题，因此在最初并没有引用卢沟桥河水，只是引用高梁河水，凿渠东下，直至通州，注入潮白河。但是高梁河原是一条小河，水量有限，不得不增补水源。大约就在这时开始考虑到高梁河上源西北七八公里处，有一座小山平地崛起，山麓有泉，潴为小湖。湖西一公里半又有玉泉山诸泉，其下游一支，亦来相汇。元时这座小山叫作瓮山，
就是今日的万寿山；山麓小湖，叫作瓮山泊，就是今日昆明湖的前身。以地形推测，那时小湖的下游，当有一条小河，径向东北，合今万泉庄北来之水，流注清河。这条小河与高梁河上源之间，有一带高地，可以叫作“海淀台地”，地形微微隆起，形成了两者之间的一小分水岭。或许就在这时，第一次用人工打开了这个小分水岭，导引小湖之水，转而南流，合高梁河，同注于运河，以至通州。但是由于地形比降甚大，因此沿河设闸八座，以节流水，因此又称闸河。此外，也可能即在这一时期，高梁河上游另一分支，经由人工开凿之引水渠，注入中都城之北护城河，然后把北护城河稍许向东引长，以与闸河相接。这样，通州粮船，便可直达城下。大概因为这个原因，高梁河的下游，从此断流。
这里应该附带说明的，就是中都城的东北郊外，相去约二三公里，原有一片低洼地带，为高梁河水所灌注，形成一片浅湖，后经人工改造，遂成为近郊一风景区。从金大定十九年（1179年）起，金朝统治者在这里营建大宁离宫，扩大湖泊面积，并以浚湖之土，筑为琼华岛，这就是今日北京城内北海公园的前身。大宁宫的营建，和日后元朝大都城的奠址大有关系，下文再讲。
金初导西北诸东南流注高梁河，是北京近郊流水系的一
个重要改变，但终因流量有限，闸河难免浅滞。由通州至中都，虽只四五十里，船行动需十余日，有时且不得不兼用陆挽。由于上述原因，故金朝一代又重开卢沟河水源的意见。
《金史?河渠志》曰：“世宗大定十年（1170年），决议卢沟以通京师漕运，上忻然曰：如此则诸路之物，可径达京师，利熟大焉，命计之，当役千里民夫…”
时值山东岁饥，议而未行。转年十二月，“省臣奏复开之，自金口疏导，至京城北入濠，而东至通州之北入潞水，计工可八十日”。这就是后日所谓金口河。但是动工的结果，并未能达到预期的目的。其原因，《金史?河渠志》也说得十分明白：“…及渠成，以地势高峻，水性浑浊，峻则奔流漩洄，啮岸善崩；浊则泥淖淤塞，积滓成浅，不能胜舟。”
到了最后卢沟桥水既不可能用，旧闸河又不畅通，结果只好依靠陆运。所以终金一代，运河水源始终没有得到很好的解决。
二、元大都城运河的开凿