忽必烈统一全国，登基为帝之后，准备兴修水利发展农业，可是一时没有得用的人，经过张文谦的推荐，忽必烈想起了郭守敬。

这时的郭守敬已经是59岁高龄了。“郭爱卿，朕正为燕京漕运水道犯愁呢，”一见面，忽必烈就直接切入正题，“朕知道，金大定年间开凿了一条金口河，从西郊引永定河水至通州北部连通白河，本来是要用于漕运，可是永定河习性不定，水质又浑浊，水运难以成行。前不久，朕曾派人重新试验，打开金口，可燕京地势西高东低，含沙量又太大，最后也失败了。如今朕想疏通大运河，将南方物资调到燕京来接济北方，爱卿可有高见？”

其实，对大都城的水域，郭守敬早已熟悉得不能再熟悉了，一见忽必烈急切的神情，他预感到一项重要的任务即将落到自己肩上了，他回答道：“根据臣的观察，从通州到燕京有三条水路可以走：一是继续利用萧太后运粮河水道，不过我们的大都城距离南城有一段距离，显然这条水路不可取；二是走中都城北部的旧闸河河道，但正如皇上所言，永定河河流不好控制，也不宜取；三是旧高粱河东段路线，据说金代就曾利用过这条水道漕运，高粱河东北部有一条支流上承玉泉水，中途又汇入白莲潭水，如果能将这两条支流导入高粱河旧河道，就可以重新打通这条漕运路线了。皇上刚才说，燕京地势西高东低，这不要紧，我们可以多建几处闸坝，形成阶梯形的水面分段行船，这样通州的船就可以直达大都城了。至于通往江南的大运河怎样能裁弯取直，臣尚未考虑成熟，需要实地考察之后才能下结论，但我相信这条马缰绳一定可以拉直的。”

听了郭守敬的一番话，把个忽必烈高兴得大笑：“好！朕今天就正式把这马缰绳交给你了，如果你果真能把它给拉直了，那么本朝这匹骏马就可以飞奔起来了！”

身负皇命的郭守敬与丞相伯颜一起，从大都出发一直走到江淮，沿途作了访问勘察，不久就拿出了“将马缰绳拉直”的运河修筑方案。这个方案的核心是将隋朝时候修筑的、呈扇面展开的大运河裁弯取直，让它大体呈直线走势。也就是说，新的大运河将从北端大都城起到通州，然后保留永济渠北段直到山东德州，接着向南穿过山东进入永济渠、山阳渎，再经过扬州，越过长江，与江南的运河接通，直达最南端杭州。经过这样的改造之后，大运河将比原先的隋代运河航路缩短2000里。郭守敬提出的这个方案很快被忽必烈采纳，并下令马上动工，郭守敬任总工程负责人。

至元十七年（1280年），“将马缰绳拉直”的浩大工程拉开了序幕，宰相以下的文武百官都参加了开工典礼，场面相当隆重。这么浩大的工程肯定不会一帆风顺，主要的一个难题就是整个运河沿途地势三起三伏，山东境内的南旺镇是最高的一处，被人们称为“南旺水脊”。郭守敬认为，可以利用沿途的天然湖泊作为蓄水库，用来调节运河水量，同时利用这些湖泊为天然航道，再开掘人工河道将这些湖泊连接起来；然后引汶水，往南与泗水会合流入淮河，往北由任城开河道至须城安山，与大清河相接，沿途设置多处水闸。按照郭守敬的方案，在丞相伯颜、兵部尚书奥鲁赤的指挥下，十多万河夫日夜奋战，终于使150里长的济州河顺利地爬过了水脊。接着是开通由须城的安山到临清的长250里的会通河。

开凿会通河，也遇到一个大难题，就是要使运河翻越远远高出于两岸地平面的大清河。这个工程前后用了6个月，中途建水闸30处。这两条航道打通以后，南方的粮船、货船就可以直达通州了。