中统三年（1262年），元代名臣张文谦向朝廷推荐了郭守敬，推荐的理由就是他“习水得，巧思绝人”。忽必烈很快就召见了郭守敬，在这一次召见中，郭守敬向他陈述了“水利六事”，也就是朝廷应该兴办的6项水利事业，其中第一条就是开通一条连接大都和通州的运河。忽必烈对郭守敬的建议大为赞赏，当下就授予他“提兴诸路河渠”的官职，并在一年后加授“副河渠使”。
此后，郭守敬开始在水利方面大展身手，奉命在西夏修浚古渠，解决了当地农田灌溉问题；提出开通河套黄河航运和修复河套古渠的建议，使得对河套的开发更为便利；协助老师刘秉忠，参与了大都建设的规划设计，主要负责城市引水、排水工程。
除了水利方面，郭守敬在天文、历法、算术方面都有极高的成就，有人将他誉为“天文、历算及水利工程的一代宗师”。
运河的开通，最需要解决的问题并不是挖河道——金朝曾经开凿过从通州到大都的运河，从大都城墙的南面以下往东到通州的一段仍然可以利用。由于通州的地势低于大都，开运河只能从大都引水，流向通州，所以找到保证运河水量的水源才是开通运河的关键。水源问题一直困扰着金代的统治者，金代开凿的河道曾一度以卢沟河、高粱河为水源，但水量仍然不足，所以金代的运河很快就因淤积等问题被废弃。
郭守敬进行了反复详细的勘察，发现昌平温榆河水系的白浮泉水量充足，是运河的理想水源。
