大约是至元二十七年（1290年）的一天，大书法家赵孟“行东御墙（皇城）外，道险，孟马跌堕于河。丞相桑哥闻之，言于帝，移筑御墙稍西二丈许。”这个“御墙”很容易就向西移了两丈，其建筑结构肯定比较简单。按照文献记载，出于安全考虑，几年后修建了墙垣。“成宗元贞二年（1296年）十月，枢密院臣言：昔大朝会时，皇城外皆无墙垣，故用军环绕以备围宿。今墙垣已成，南北西三畔皆可置军，独御酒库西地窄不能容。”“御酒库西”指的就是皇城东墙，虽然因为赵孟西移了两丈多，但还是很窄。
与积水潭关系最密切的自然是皇城北墙。为了修建皇城北墙，必须加固太液池与北面海子中间的大堤，并且扩建成一条沿湖道路。这条道路在金代可能还不存在，因为那时这里没有交通的需要。自1215年中都迁开封至新建大都城近60年的荒废，太液池北部出现部分干涸，白莲潭水面也有所减少，在修建大都城时才可能规划出这条“海子南岸东西道路”。
虽然元代不断维修这条道路，直到至治三年（1323年）时还狭窄泥泞。《元史·河渠志》记载：“至治三年三月，大都河道提举司言：‘海子南岸东西道路，当两城要冲，金水河浸润于其上，海子风浪冲啮于其下，且道狭，不时溃陷泥泞，车马艰于往来。’”这里的两城是指大城和皇城。道路北面是“海子”，南面是金水河，风浪经常涌上路中，致使溃陷泥泞，车马往来困难。当时距开通惠河，大规模治理积水潭已经三十多年了，这条重要道路还是这么泥泞，恐怕是这条道路自身条件造成的了。分析其原因就是基础不好，反过来可以推断，皇城北墙基础不能承受太重的建筑，修建的仍然可能是夯土墙。因此可以说，由于这条道路的出现，什刹海水域才算真正形成。
既然这两个水域已经完全分开，那太液池的水源又来自哪里？首先应该是积水潭。那么大的水体，不可能依靠金水河引来的玉泉山泉水，因其水量太小。从元代的记载可以知道，积水潭是依靠从积水潭西岸金代已经使用的运河——“西河”输水，为太液池供水，就是沿今赵登禹路直通到今中海的南边。
（二）郭守敬早期对积水潭进行的治理
元代对开发利用积水潭十分重视，水利家郭守敬先后有几次较大规模的治理。早期在中统三年（1262年），郭守敬见忽必烈于上都陈述水利六事，建议引玉泉水通漕运，派漕运官宁玉“疏浚玉泉河渠”，将玉泉山泉水引入海子（积水潭）。在工程施工时，为增加海子的调蓄作用，进行了疏浚治理。这是积水潭向东直接到达通州的北支运河。
至元十六年（1279年），因为玉泉水一部分引入新修建的金水河，流入积水潭的水量减少，十几年前疏浚的北支运河受到严重影响，为此政府大规模治理这条运河。在原来可以直接行船的运河上修建七座土坝，改造成“倒载制”的坝河。这次对积水潭也进行了治理，使通州的漕粮可以通过坝河船运到积水潭。
（三）元代初期对积水潭进行的治理
郭守敬大规模系统综合治理积水潭是元代初期至元二十八年（1291年），到上都见世祖忽必烈面陈开发水利十项建议，其中第一条即开凿通州至大都运河（通惠河）。于至元二十九年（1292年）开工，郭守敬复任都水监，全面系统治理积水潭，扩湖、建闸、砌岸，至元三十年（1293年）成功开凿通惠河，实现通惠河与南北大运河全线贯通。积水潭成为后世称京杭运河的终点码头，达到历史上最繁荣时期，对帝都经济的发展、文化的繁荣做出了巨大贡献。
这次对积水潭进行全面改造和治理，修建了一系列闸坝和堤防。积水潭作为通惠河中间的调节水库，起到进一步调蓄运河水源作用，同时成为全国南北水陆交通主干线——京杭运河的终点码头。
改造积水潭周边堤岸，修建泊岸、闸门等建筑物。据《元史·河渠志》等文献记载，为了控制水流，在积水潭上游入水口处建设了朝宗上下闸，其位置在元代万亿库南门外。在积水潭东出口，建设了澄清上闸，位置在万宁桥（今后门桥）西侧，这是漕船进入积水潭的控制闸，也是积水潭最重要的通惠河供水控制闸。另外在积水潭东北应该有一座闸控制供给坝河水源，位置大约在今新街口豁口外，1976年考古发现过泊岸木桩，可能是闸门建筑基础。在积水潭西南岸还应该有一座闸，控制通往西河的水流。
这样，积水潭完全形成一个可以人工控制的调节水库，一方面可以停泊大量的漕船，一方面可以根据需要随时供应下游河道的用水。元代闸门开始时修建的都是木闸，后来逐渐改造成石闸。
元代对积水潭堤岸进行了全面治理。元代文献记载：“海子岸，上接龙王堂，以石甃其四周”。为了防止风浪冲刷堤岸，临水面都用块石砌护。
（四）元代积水潭成为京杭运河终点码头和大都城的交通枢纽
元代郭守敬全面系统治理积水潭扩大了水面，建设成京杭运河终点码头。江南漕船可以直接驶入大都城内。积水潭成为京杭运河的终点码头和大都城的交通枢纽，推动了经济发展、文化繁荣。至元三十年（1293年）秋天，忽必烈从上都返回大都，看见积水潭上停满了漕运的船只，非常高兴，命名为通惠河。立即奖赏郭守敬及有关人员。元人黄文仲在《大都赋》中对停泊的船只描述道：“扬波之橹，多于东溟之鱼；驰风之樯，繁于南山之笋。”元代自通惠河建成，到元朝灭亡的75年间积水潭京杭运河终点码头地位没有改变。
由于交通便利，积水潭东岸万宁桥附近不仅是货运码头，也成为水陆客运码头，相当于今日的交通枢纽。诗人杨载在积水潭边送别乘船沿通惠河回南方的客人，写下《送人》诗：“金沟河上始通流，海子桥边系客舟。
此去江南春水涨，拍天波浪泛轻鸥。”张雨《燕山春暮作》云：“金水桥边蜀鸟啼，玉泉山下柳花飞。江南江北三千里，愁绝春归客未归。”都反映出通惠河与江南交通的便利。
在积水潭的北岸，有米市、面市、缎子市、皮帽市、金银珠宝市、铁器市、鹅鸭市等市廛，还有望湖亭、万春园。元中心台和万宁桥一带，便成为当时繁华市场的中心。统元一代，通惠河水源无阻，成为全城的经济命脉，其中架在中轴线上的万宁桥贡献巨大，且影响深远。
（五）元代中后期对积水潭水域的治理，其日益明显的城市环境效应与漕运文化对大都产生深远影响
元代中后期，仍然十分重视治理积水潭，延续了初期系统修治积水潭水系及周围堤岸的做法。水利工程依照都水监的制度进行，木闸陆续改为石闸，旧石岸和海子南岸东西道路两侧用条石砌护，并在沿岸设立石护栏，防止风浪冲击，以利行人往来。直至仁宗延佑六年（1319年）二月，都水监用块石新筑积水潭的一部分堤岸。这次工程规模并不大，只加筑部分石堤岸，与原有旧石岸相接。共用石350方，每块石材长4尺，宽2尺5寸，厚1尺。总用350工，丁夫50人，石工10人。泰定元年（1324年）又用块石砌筑海子南岸125丈。
元代积水潭随着水面的治理和扩大，其城市环境效应更加显着。元时积水潭水面辽阔，湖面远大于今天的什刹三海。元建大都城将积水潭围在大都城内，除用于运河、灌溉、绿化供水，停泊江南漕船之外，还是大都城内最重要的市民游乐、休息及洗涤场所，城市水利效应显着。自太液池水域围在皇城以后，市区只有积水潭水域是对公众开放的，这种状况一直延续到清末。
元代积水潭十里烟波，风景如画。《析津志》记载：“花头鸭与江南者盖多来海子内，与太液池中水鸭万万为群。”还有大量商船及旅游船，元代描述当时盛况的诗词很多。如宋本《海子》诗：“渡桥西望似江乡，隔岸楼台罨画妆。十顷玻璃秋影碧，照人骑马过宫墙。”宋本于至顺二年（1331年）所写的《都水监事记》中有详细记载：“监者，潭侧，北西皆水。……堂后为大沼，渐潭水以入，植夫渠荷芰。夏春之际，天日融朗，无文书可治，罢食启窗牖，委蛇骋望，则水光千顷，西山如空青。环潭民居、佛屋、龙祠，金碧黝垩，横直如绘画。而宫垣之内，广寒、仪天、瀛洲诸殿，皆岿然得瞻仰，是又它府、寺所无。”这是元代稀有的风景。都水监是元代全国水利最高机构，相当今水利部，就设在积水潭东岸万宁桥附近。这里不但管理方便，而且环境十分优美。
程敏政的《海子诗》有“十里城阴路，西湖一派分。秋晴沙岸尾，时见白鸥群。”元代画家王冕也曾写过“燕山三月风和柔，海子酒船如画楼”
的诗句，充分反映出当时积水潭的生态环境。
对海子的繁华，《析津志》记载：“若海子上，车马杂沓，绣毂金鞍，珠玉璀璨人乐升平之治……亦莫盛于武宗、成宗、仁宗之世。”
由于积水潭是城中最大公开水域，元初，从占城、交趾、真腊（今越南，柬埔寨）等地进贡的大象，就养在万宁桥不远的“象房”。平时大象供皇家的仪仗队用，皇上的乘舆要用大象驾驭。每当酷夏，要将大象带到积水潭内洗浴，情景十分壮观。宋褧有《过海子观浴象》诗：“四蹄如柱鼻垂云，踏碎春泥乱水纹”对此作了生动描述。
积水潭也是城区市民洗涤场所。“海子东西南北与枢密院桥（在东华门外通惠河上，今南河沿大街）一带人家妇女，率来浣濯衣服、布帛之属，就石槌洗。”
有元一代，积水潭经过全面综合持续治理，成为京杭运河终点码头，形成大都的经济、文化中心区，是历史上最繁华、最繁荣的时期。为大都的城市建设、经济繁荣、文化融合的传承发展做出了重大贡献，且影响深远。
三、明代积水潭来水逐渐缩小，水域功能随之改变，对北京城市发展的影响
元明易代之初大都城不再是首都。城市供水系统失于修治，积水潭上游来水锐减，水面发生巨大变化。由于元代积水潭外湖（原太平湖）和坝河（今北护城河）的存在，明将大都城区拦腰分为南北两部分，造成南北交通上极大不便，从而严重影响大都北部城区的发展。因此明初对大都城进行改造时，首先放弃了不繁华的北部城区，将北城墙南移到坝河以南，并将积水潭西北角的水域切割在城墙外。另外，还将元大都南城墙向南移了二里，形成今日北京城内城的格局。之后，由于防御之需扩建外城，中轴线向南延伸，形成“凸”字形内、外两城。
总体上看，明代北京城的建设与改造，都和城市中心的什刹海水系及紧傍其东岸的中轴线密不可分。
（一）白浮瓮山河毁坏，使什刹海水面逐渐缩小，皇城墙东移切断河道，积水潭失去码头作用，但仍然是通惠河的调节水库
元末，在风雨飘摇中，对大都的河湖仍然维持治理。《元史》记载：“至正十三年（1353年）五月己巳，命东安州武清、大兴、宛平三县正官添给河防职名，从都水监官巡视浑河堤岸，或有损坏，即修理之。”“至正十四年夏四月，命各卫军人修白浮瓮山等处堤堰。”“至正十五年，是岁，诏浚大内河道，以宦官同知留守野先帖木儿董其役。野先帖木儿言：‘自十一年以来，天下多事，不宜兴作。’帝怒，命往使高丽，改命宦官答失蛮董之。”直到元朝灭亡的最后时刻“至正二十八年（1368年），秋七月癸亥，罢内府河役”A。到八月二日（1368年9月14日），徐达攻大都自齐化门入城，元朝灭亡。
同年八月，徐达命令副将华云龙改建大都，又改大都为北平府，担心原大都的居民不好管理，命令指挥叶国珍将居民迁徙到开封城。九月徐达改安贞门名为安定门，健德门名为德胜门。1370年朱元璋封朱棣（10岁）为燕王，改元大都内殿为燕山府。第二年改建北平城，缩北城五里，新筑土城垣，作为防止元军反攻的第二道防线，当时并没有新建德胜门楼B。
1379年十一月燕王府（后来皇宫雏形）营造完毕，次年三月燕王（20岁）离开南京正式镇守北平。1402年六月燕王攻占南京，即皇帝位，翌年改北平为北京。到此时积水潭水系已经50年没有系统治理了，元代大都重要水源——白浮瓮山河经过近50年荒废已断流。因为当初修建时为了速成，渠道和清水口工程都是用当地材料修建，几十年没有维修，早已经被山溪洪水冲毁，已经无法修复。北京城只剩下玉泉山一处水源，积水潭的来水自然大大减少。在缩建北京城时，为了修建北城墙，将积水潭大湖西北部分隔在城外（后称太平湖）；又考虑德胜门内的交通，在积水潭中间建德胜桥和修建德胜门内大街，将湖再分开。桥西的湖仍称积水潭，桥东的湖泊称作什刹后海和前海。
