黄河以南总干渠线路受已建渠首位置、江淮分水岭的方城垭口和穿黄的范围限制，走向明确。总干渠开始于陶岔渠首，沿已建8公里渠道延伸，沿伏牛山南麓向东北，经南阳过白河跨方城垭口分水岭，经宝丰、禹州、新郑西部，于河南省省会郑州市西北部李村穿过黄河，在太行山东麓与京广线之间沿华北平原延伸， 过唐县进入丘陵区，穿过北拒马河进入首都北京，穿永定河进入北京市区，终点团城湖，总长1273.72公里。总干渠渠首设计水位147.38米，终点48.57米，能沿全线自流。
    天津主渠总长154km，从河北省徐水县西黑山北部分水口到天津西河闸。
    总干渠在河南省郑州附近过黄河，穿黄工程规模大，问题复杂，投资多，是总干渠关键的建筑物，经多方案综合研究比较认为，渡槽和隧洞倒虹两种型式技术上均可行。由于隧洞方案可避免与黄河河势、黄河规划的矛盾，盾构法施工技术国内外都有成功经验可借鉴，因此结合两岸渠线布置，推荐采用李村隧洞方案。一期穿黄隧洞加大设计输水能力320m3/s，采用两条直径7.0米隧道。
    西线工程从长江上游引水入黄河，是解决我国西北地区和华北部分地区干旱缺水的战略性工程。
    近十年，集中研究从通天河, 雅砻江, 大渡河三条河的引水方案，据初步研究结果，从这三条河最大的引水量约170亿，其中包括通天河80亿，雅砻江、大渡河干流50亿，雅砻江、大渡河支流40亿，供水范围为青海, 甘肃, 陕西,山西、宁夏、 内蒙 六省市。
    黄河与长江之间有巴颜喀拉山相隔，黄河河床高于长江相应河床80～450米。调水工程需筑高坝壅水或水泵提水，并开挖长隧洞穿过巴颜喀拉山。引水方式考虑自流和提水两种。无论采取那种引水方式，都要修建高200米左右的高坝和开挖100公里以上的长隧洞。该工程引水的水源点多，调水区的水质好，但因地处长江上游，水量相对有限。西线工程位于青藏高原东南部，属高寒缺氧地区，自然环境较为恶劣，交通不便，且处于褶皱强烈、活动断裂较为发育的强地震带，地质条件较为复杂，工程技术难点相对较多，工程投资大。

    五、调水与生态环境影响
    保护生态环境是实施南水北调工程的基本前提和重要目标。针对东线工程的输水水质安全、中线工程对汉江中下游的生态环境影响、西线工程对调水区生态环境影响以及南水北调工程对长江口盐水入侵的影响等进行了研究和论证。总的结论是：对受水区和输水区生态环境的有利影响是主要的，通过工程的建设可以促进受水区和输水区的环境治理和改善，为修复受水区生态环境创造条件；对调水区生态环境的不利影响，可采取工程措施和非工程措施予以缓解或消除，不存在制约兴建南水北调工程的环境因素。