黃河自北宋末年改行徐淮河道，由河南滑縣經蘭考、商丘向東過徐州折向東南，至清口奪淮河河道入海。到了明代中晚期，黃河南流入海已達四百多年，泥沙淤積愈加嚴重，屢屢決口，災害頻繁。
明成祖朱棣遷都北京後，大規模南糧北運成為重要議題，運河成為京都物資運輸的大動脈、生命線。而此時的黃河與漕運密切相關。當時黃河下游十分紊亂，主流遷徙不定，向北沖毀會通河與大清河交匯處的張秋運道，或者向南，奪淮泗入海。京杭大運河呈南北流向，在淮陰一帶與黃河、淮河相交。這種黃河、運河、淮河交錯的局面，雖然可以使徐州以南運河在水量不足時得到黃河水補給，但在黃河氾濫時，也會造成運河淤塞，漕運中斷。
京杭大運河示意圖
1558年，黃河又一次改道，淤塞了運河，不但漕運中斷，皇帝的祖墳也面臨洪水威脅，朝廷深感惶恐，治黃問題又提到了緊迫的議事日程。當時治河主要採用“分其流，殺其勢”的傳統方法，7年間，負責治河的官員接連換了6人，黃河的河患不但沒有消除，而且越來越嚴重。
既要減少黃河河患，還要確保安徽鳳陽的皇陵不能受淹，同時兼顧大明王朝的生命線大運河漕運暢通，黃河治理異常複雜嚴峻。
1565年，黃河在江蘇沛縣決口，大運河被淤塞100多公里，徐州以上縱橫百里之間，一片澤國，災害空前。潘季馴受命於危難之中，被任命為總理河道大臣，協助工部尚書朱衡治理運河，首要任務是保證漕運通暢。
潘季馴雕像
然而，在治河方法上，潘季馴與朱衡發生了分歧，朱衡看到原來運河淤塞嚴重，主張在濟寧南陽附近重開一條新河，而潘季馴主張“恢復故道”。朝廷採取了一個折中的方案，同意開新河，部分修復運河故道。在近一年的時間內，兩人同心協力，開挖了魚臺南陽到沛縣留城140餘里的新河，疏浚了從留城以南至境山（今江蘇徐州市北）茶城的53裡舊河，遏制了飛雲橋的黃河決口。使黃河水不再東侵，漕運也得到恢復。此次治河工程取得了成功，潘季馴晉升為右副都御史。這是潘季馴第一次治河。1566年11月，他接到母親去世的訊息，遂離職回家守孝三年。
在潘季馴守孝期間，治河工作先後由朱衡和翁大立主持，依然延續“只保運不保河”的治河思路，方法是多開新河，避開黃河對運河的影響。但新河未開，黃河邳州又氾濫，造成了運河的淤塞。1570年，朝廷再次任命潘季馴擔任總理河道大臣治河，潘季馴此次治河，採取了“加修堤防”和“堵塞決口”兩項措施，並初步產生了築近壩以束縛水流，築遙堤以防潰決，利用雙重堤防實現束水攻沙的設想。他指揮5萬民工，堵復了11處決口，修築縷堤3萬餘丈，使故道得以恢復。潘季馴當時正患背瘡，可他不顧病痛，率領民工奮力搶險。當洪水漫過堤頂時，他沉著冷靜，堅守堤防，鼓舞了民工的鬥志，經過幾晝夜的奮戰，終於取得了勝利。後來經歷了三次伏秋大汛，他指揮治理的地方都安然無恙。一年之內，他堵住了黃河決口，修復了部分黃河故道，重新開通了漕運。但他的治河理論遭到了朝廷中很多人的質疑，恰在此時，黃河又一次決口，漕船覆沒近百艘，在言官的彈劾之下，1572年，潘季馴被撤銷一切職務。
京杭大運河
1576年和1577年，黃河再次在徐州等處決口，黃淮交匯處被淤塞，黃河北流，大水緊逼淮河，淮河又決口，河道向南遷徙，災情十分嚴重。在宰相張居正極力舉薦下，1578年，朝廷第三次啟用潘季馴治河，任命他為都察院右都御史兼工部左侍郎，總理河漕兼提督軍務。潘季馴主持的一次大規模活動開始了。
潘季馴此次治河所面臨的河道形勢較之前幾年，具有受災面積大、牽涉因素更多和治理內容更為複雜的特點。以往治理，只在黃河，而這次則要兼顧黃河、淮河和運河三條河流的關係，要通盤考慮到治黃、治淮、保運、保祖陵、保民生等五大方面的利益要求。
經過全面勘測、調查和研究，提出了對黃河治理的看法，潘季馴認為，當時黃河的災害，一是堤防決口，河道淤積，河口淤塞；二是黃河河床抬高，淮河水不能進入，於是向東南方向氾濫，造成淮、揚等地大面積的災害；三是黃河決口殃及運河淤塞漕運中斷。
潘季馴反對只著眼於區域性，頭疼治頭，腳疼醫腳。在向朝廷上疏中，提出實施黃、淮、運全面治理規劃，“通漕於河，治河即以治漕，會河於淮，則治淮即以治河，會河、淮而同入於海，則治河、淮即以治海。”只有束水攻沙，蓄清刷黃，集中水流將泥沙沖刷入海，才能解決黃河的問題。黃河的問題解決了，淮河、運河的問題也就解決了。
束水攻沙，蓄清刷黃
當時治河的人一般都崇尚疏導分流，認為那是大禹實行的聖人之法。只有疏導分流、順其自然才是上策。而修築堤防被視為下策。潘季馴則認為，水流分散才是造成災害的真正原因。他指出“黃流最濁，以鬥計之，沙居其六，若至伏秋則水居其二矣。以二升之水，載八升之沙，非極迅溜，必致停滯”。只有匯合水流才能防止淤積，“水分則勢緩，勢緩則沙停，沙停則河飽，尺寸之水皆由沙面，止見其高；水合則勢猛，勢猛則沙刷，沙刷則河深，尋丈之水皆由河底，止見其卑”。進而提出了“築堤束水，以水攻沙，蓄清刷黃，以河治河”的治理方略。
按照“塞決口以挽正河，築堤防以杜潰決”的指導思想，潘季馴率領眾人在河道南北兩岸大力修築堤防，在河南以下基本形成了正堤、縷堤、月堤、遙堤、格堤相互配合的完整堤防體系，使得河道變窄，以此迫使河流加速，透過水流把泥沙衝挾入海，以致“高堰初築，清口方暢，流連數年，河無大患”。這項浩大的工程僅耗時不足兩年，黃河、運河、淮河一帶出現了“兩河歸正，沙刷水深，海口大辟，田廬盡復，流移歸業”的景象，實現了多年未有的“漕運暢通”大好局面。
潘季馴宦海浮沉
由於治河成功，潘季馴名聲大振，被擢升為太子太保、工部尚書兼都察院右副都御史。之後，潘季馴調離總理河道大臣職務，先後擔任過南京兵部尚書和刑部尚書等職務。宦海風波起，1584年，位居宰相的張居正死後連年被抄家，潘季馴為高齡的張母求情，被以張居正同黨論罪，削職為民。這一年潘季馴64歲。
潘季馴被撤職後，河患多次發生，朝廷責令安撫使和地方官員分割槽治理，無濟於事，在徐州黃河上游，重大災害不斷，河南境內的開封等地面臨重大威脅，只好在1588年第四次啟用年近古稀的潘季馴，這是潘季馴擔任河官任期最長、督工範圍最廣的一次。
潘季馴上任之後，對黃河、淮河、運河又進行了一次全面的查勘，西至河南武陟，東至雲梯關海口，北起山東東明，南至江蘇高寶，縱橫幾千公里的廣袤地區，都留下潘季馴治黃的足跡。白髮蒼蒼的潘季馴親自領導施工，櫛風沐雨，對江蘇、河南、山東三省的河防工程作了全面計劃，對黃河兩岸堤防閘壩進行了一次普遍整修加固，修新堤、建堰閘、塞決口、浚淤河，他繼續堅持並完善了“築堤束水，以水攻沙，蓄清刷黃，以河治河”的治理方略，使黃河多支支流歸於一槽，基本固定了由今蘭考、商丘、碭山、徐州、宿遷、泗陽等地，會淮河入海的流路。作為束水攻沙的一項重要措施，他還提出了“淤灘固堤”的治理方案。
在長期治河事件中，潘季馴特別重視堤防建設與管護，對築堤的取土位置、土質、夯實都有嚴格的規定，對已修堤防採取錐探或槽探的方法進行檢查驗收。他還制定了“四防”、“兩守”和栽柳、植葦、下埽等嚴格的護堤制度，要求官民共守，日夜防範。
1589年7月，黃河水暴漲，獸醫口、李景高口兩處漫溢決口，毀壞了田園廬舍，淹死了不少居民。潘季馴和民工一起沐風雨、冒霜露，親自在工地上領導施工，終於在11月將決口堵住。
1590年，黃河水大溢，徐州城中的積水逾年不退。廷臣們甚至商議要遷城改河。潘季馴堅持疏浚魁山支河，疏浚後洩洪量加大，積水終於消退。
這一年，潘季馴總結一生的治河經驗，寫成了《河防一覽》這一重要的治河專著。
河防一覽圖區域性
鑑於他突出的治河業績，1591年冬，朝廷給他加了太子太保職銜，任命為工部尚書兼右都御史。因為年老多病，潘季馴曾多次請求退休。1592年2月，終於得到允准離任，時年71歲。1595年，75歲高壽的潘季馴在家中安然過世，他被葬在了故鄉三墩村的祖墳裡。
四次治理黃河，歷經數十年的水利事業生涯，使得潘季馴成為名副其實的明朝水利第一人。潘季馴留下的眾多治水著作，也被明清兩代統領河道的官員們視為必讀的書目。特別是他的束水攻沙思想，在治黃的理論上實現了從分流到合流，由單純治水到重點治沙兩個重大轉折，總結和利用了水沙執行的規律，這是他超出前人的地方，在治理黃河的歷史上是一個歷史性的轉折點。自此，黃河結束了數百年來多支分流的局面，開始以單一河道的形式執行。此後300年間，黃河沿線雖屢有決口發生，但黃河的主流一直穩定，這不得不歸功於潘季馴的“以堤束水，借水攻沙”的合理思想得到貫徹的一個結果。
束水攻沙理論的現代實踐 黃河小浪底調水調沙
這個理論，在後世的治黃事業中，得到了無數次的驗證，世界知名的水利專家恩格斯教授更是對這位中國古代同行的成就高度讚歎不已。著名水利專家李儀祉先生高度評價潘季馴的治河理論把防洪與治沙有效結合在一起，稱讚潘季馴深刻認識到治河的基本原理。甚至直到今天，水利界仍然把它視為治黃方略的核心之一。
