工程从长江下游江苏扬州市江都水利枢纽抽引长江水，利用京杭大运河及与其平行的河道逐级提水北送，并连通调蓄作用的洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖。进入东平湖后分两路输水：向北，在位山附近经隧洞穿过黄河，输水到天津；向东，通过胶东输水干线经济南输水到烟台、威海。供水范围涉及江苏、安徽、山东、河北、天津五省市，分布有淮河、海河、黄河流域的25座地市级及以上城市。主要供水目标是解决调水线路沿线和胶东地区的城市及工业用水，改善淮北地区的农业供水条件，并在北方需要时，提供生态和农业用水。

工程规划分三期建设。第一期工程正在建设中，第二期和第三期工程正在规划中。第一期工程多年平均抽江水量89.37亿立方米，主要向江苏和山东两省供水，抽江规模为500米³/秒、过黄河50米³/秒、向胶东地区输水50米³/秒，改善苏北、鲁西南农业用水条件。第二期工程多年平均抽江水量达105.86亿立方米，供水范围扩大至河北、天津，抽江规模扩大到600米³/秒、过黄河100米³/秒、到天津50米³/秒、向胶东地区输水50米³/秒。第三期工程多年平均抽江水量达到148.17亿立方米，增加北调水量，工程规模扩大到抽江800米³/秒、过黄河200米³/秒、到天津100米³/秒、向胶东地区输水90米³/秒。第三期工程完成后可基本满足受水区2030年水平的用水需求，城镇需水可完全满足，除特枯年份外，也能满足区内江苏、安徽两省的农业用水。

南水北调东线工程第一期工程等别为Ⅰ等，工程规模为大（1）型，调水线路总长1466.50千米，其中长江至东平湖1045.36千米，黄河以北173.49千米，胶东输水干线239.78千米，穿黄河段7.87千米。第一期工程的主要组成有河道及渠道工程、泵站工程、蓄水工程、穿黄河工程，以及治污截污及导流工程、南四湖水资源控制及水资源监测工程、骆马湖水资源控制工程等。①河道及渠道工程。从长江到天津输水主干线全长1150千米，其中黄河以南651千米，穿黄河段9千米，黄河以北490千米。分干线总长740千米，其中黄河以南665千米。②泵站工程。第一期工程中东平湖是最高点，与长江引水口水位差约40米，从长江至东平湖设13个调水梯级、22处泵站枢纽、34座泵站，其中利用江苏省江水北调工程现有6处13座泵站，新建21座泵站，总扬程为65米，总装机台数160台。③蓄水工程。工程沿线黄河以南有洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖等湖泊，进行整修加固，总计调节库容达75.7亿立方米，不需新增蓄水工程。④穿黄河工程。工程主要任务是打通南水北调东线穿黄河隧洞，连接东平湖和鲁北输水干渠，实现调引长江水穿越黄河至鲁北地区，同时具备向河北省东部、天津市应急供水的能力。工程过黄河设计流量为100米³∕秒，主体工程全长7.87千米。穿黄工程主要由闸前疏浚段、出湖闸、南干渠、埋管进口检修闸、滩地埋管、穿黄隧洞、隧洞出口闸、穿引黄渠埋涵以及埋涵出口闸等建筑物组成。其中，穿黄隧洞为有压圆形隧洞，开挖直径8.9～9.50米，衬砌后内径7.50米，洞长585.38米，位于黄河底下约70米，隧洞进口布置在黄河南岸滩地，为竖井形式，与滩地埋管相接，出口为斜洞，与隧洞连接段及出口闸相接。 

东线一期工程于2002年12月27日开工建设，2013年3月主体工程完工，同年11月15日全线正式通水。工程缓解了江苏北部及山东水资源短缺矛盾。调水期间，工程运行平稳、工况良好，东线水质为地表水Ⅲ类水标准。