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在统一南北建立大一统政权的前后，隋文帝三次改造了邗沟。
第一次改造发生在开皇四年（584年），隋初，南北尚未统一，元寿奉命到淮浦（治江苏涟水）主持监修伐陈船舰事务，有“开皇初，议伐陈，以寿有思理，奉使于淮浦监修船舰，以强济见称。四年，参督漕渠之役”
之说。所谓“参督漕渠之役”，是指改造邗沟为伐陈及漕运服务。以“漕渠之役”相称，旨在强调改造工程规模浩大。在改造的过程中，元寿主要采取了两个措施，一是在疏浚旧道的基础上，对曲折迂回的航线裁弯取直。李吉甫引《纪胜楚州》记载道：“渎水，今谓之山阳渎，即邗沟也。旧水道屈曲，隋文帝重加修，水颇通利。”
二是在历代建造堰埭即拦河坝的基础上，采取加固沿途堰埭等措施。
第二次改造发生在开皇七年（587年），有“于扬州开山阳渎，以通运漕”
之说。此次改造，分别在扬州和山阳（治今江苏淮安市淮安区）进行。经过改造，邗沟入淮口移到了宝应（治今江苏宝应）的北面。王应麟考证道：“《左传》：‘吴城邗沟，通江、淮。’注云：‘于邗江筑城穿沟，东北通射阳湖，西北至末口入淮，通粮道也，今广陵韩江是。’（隋开邗沟，自山阳至扬子入江，渠广四十步，自楚州宝应县北流入淮）”
王应麟所说的“自楚州宝应县北流入淮”是指隋炀帝重开邗沟以后的情况，当知隋文帝重修运道后，邗沟的入淮河口已经改变。
第三次改造邗沟工程发生在仁寿四年（604年）。李吉甫引《纪胜扬州》记载道：“茱萸湾，在县东北九里。隋仁寿四年开，以通漕运。其侧有茱萸村，因以为名。”
茱萸湾在扬州东北，在此疏浚航道及建漕运码头，目的是进一步提升扬州航段的漕运能力。
从开皇四年到仁寿四年，隋文帝三次改造邗沟，一是提升了邗沟运兵运粮的能力，加快了灭陈的步伐。如从“议伐陈”“奉使于淮浦监修船舰，以强济见称”等语中不难发现，重修邗沟传达出隋王朝南下征陈及实现南北统一的信息。李吉甫引《纪胜楚州》记载道：“故仓城，东南接州城。隋开皇初将伐陈，因旧城储畜军粮，有逾百万，迄于大业末，常有积谷，隋乱荒废。”
经过建设，楚州淮阴郡成为江淮间的重要仓城，这一仓城在伐陈的过程中发挥了重要作用。二是密切了关中、关东与江淮的联系，传达了隋文帝以关中控制江淮及江淮以远的意志。如有“况长淮分天下之中，北达河、泗，南通大江，西接汝、蔡，东近沧溟，乃江淮之要津，漕渠之喉吻”
之说，邗沟是东南漕运的咽喉，与汴渠相通，航线重开后加强了关东、关中与江淮的联系。三是改造邗沟及提高运力与建水次仓、分级接运、兴修关东河渠等相互为用，在稳定关中及长安政治、经济形势的同时，实现稳定全国政治秩序和发展经济的构想。
此后，隋炀帝在隋文帝兴修河渠的基础上，对邗沟再次进行改造。如司马光记载道：“辛亥，命尚书右丞皇甫议发河南、淮北诸郡民，前后百余万，开通济渠。自西苑引谷、洛水达于河，复自板渚引河历荥泽入汴，又自大梁之东引汴水入泗，达于淮。又发淮南民十余万开邗沟，自山阳至杨子入江。渠广四十步，渠旁皆筑御道，树以柳。”
在隋文帝改造工程的基础上，隋炀帝将三百余里的邗沟航道拓宽为“渠广四十步”，消解了漕运中的瓶颈。此后，袁枢在综合前人诸说的过程中记载道：“炀帝大业元年春三月丁未，诏杨素与纳言杨达、将作大匠宇文恺营建东京，每月役丁二百万人，徙洛州郭内居民及诸州富商大贾数万户以实之。废二崤道，开葼册道。敕宇文恺与内史舍人封德彝等营显仁宫，南接皂涧，北跨洛滨。发大江之南，五岭以北奇材异石，输之洛阳。又求海内嘉木异草，珍禽奇兽，以实园苑。辛亥，命尚书右丞皇甫议发河南、淮北诸郡民，前后百余万，开通济渠。自西苑引谷、洛水达于河。复自板渚引河历荥泽入汴。又自大梁之东引汴水入泗达于淮。又发淮南民十余万开邗沟，自山阳至杨子入江。渠广四十步，渠旁皆筑御道，树以柳，自长安至江都置离宫四十余所。”
从隋文帝到隋炀帝，重点改造邗沟，与淮扬地处淮河下游，地势低洼，境内水泽湖泊密布有密切的关系。如吴王夫差开邗沟时，主要是利用淮河自然形成的湖泊和水道，因此，开挖量不大。后世因湖面开阔，且风大浪高等原因，出于征陈及经营江淮及长江以南的目的，需要对其进行改造，以提高运力。尽管如此，邗沟虽经多次改造，但基本航线不变。重修后的邗沟长300余里，航道较以前更为径直。
改造邗沟体现了隋王朝重点建设江淮水上交通的意志，继隋文帝以后，隋炀帝兴修通济渠及重修邗沟改变了淮扬区域的交通面貌。大业元年（605年），隋炀帝“发河南诸郡男女百余万，开通济渠，自西苑引谷、洛水达于河，自板渚引河通于淮”
。通济渠又称“御河”，“河畔筑御道，树以柳”
，是洛阳水陆交通枢纽建设的一部分。具体地讲，通济渠以洛阳皇家园林苑为起点，利用汉代阳渠入黄河，随后东行，自黄河入汴口，途经开封、雍丘（治今河南杞县）、襄邑（治今河南睢县）、宋城（治今河南商丘）、谷熟（治今河南商丘东南）、永城（治今河南永城）、徐州（治今江苏徐州）、埇桥（在今安徽宿州境内）、虹县（治今安徽泗县），至徐城（治在江苏盱眙淮河镇境内）入淮，随后沿淮河东行入邗沟至扬州。在与邗沟相接的过程中，通济渠建立了淮河与黄河之间的水上交通，将淮扬区域和北方联系起来。进而言之，隋代开凿和疏浚贯穿黄河、长江流域的运河，再度打通南北之间的水上交通，加强了不同区域间的政治、经济和文化等方面的联系。
隋王朝兴修运河由两个时段构成，一是开皇元年（581年），隋文帝兴修富民渠和开皇四年兴修广通渠等，完善了关中地区的水上交通体系；二是大业元年（605年），隋炀帝兴修通济渠、大业四年兴修永济渠、大业六年兴修江南河等，重建了自黄河流域至长江流域的水上大交通秩序。富民渠及广通渠等是隋文帝在汉代漕渠的基础上兴修的关中运河，通济渠是隋炀帝在先秦鸿沟及东汉汴渠等基础上兴修的联系东南的运河，永济渠是隋炀帝在曹操北方运河如白沟等基础上兴修的联系黄河以北区域的运河，江南河是隋炀帝在吴运河及秦运河等的基础上兴修的联系吴越区域的运河。四条运河向不同的方向延展，建立了以洛阳为枢纽的水陆交通运输体系。在这中间，因通济渠即汴河联系东南及长江以南，又因自东晋以降开发江淮，江淮地区的农业经济赶上或超过黄河中下游地区，故通济渠是最重要的交通要道。
前人论述通济渠的终点时出现了两种说法，一是认为“自板渚引河通于淮”
，指通济渠至徐城汴口入淮；一是认为“又自板渚引河，达于淮海”
，“淮海”原本与九州中的扬州相关，孔安国注《尚书·禹贡》“淮、海惟扬州”语云：“北据淮，南距海。”后来衍化为扬州（治今江苏扬州）的代名词，这里是说通济渠至江都即今扬州瓜洲一带入江。政区变化后，九州中的扬州开始成为隋唐扬州广陵郡的代名词。
两种说法虽然不同，但各有存在的价值。不过，在隋唐人的认识中，更愿意将通济渠入淮以后的航段，即淮河航段和邗沟航段一概纳入通济渠的范围。事实上，在隋唐漕运的过程中，邗沟始终是作为通济渠联系江淮及南北交通的主干线的。在这中间，邗沟作为联系江淮的主干线，加强了黄河流域与江淮及长江以南的政治、经济和文化等方面的联系交流。
通济渠堤岸上筑有“御道”，舟船穿行水上，车马行走岸边，在南北经济交往和文化交流中有着不可替代的作用。毛文锡吟咏道：“隋堤柳，汴河旁，夹岸绿阴千里，龙舟凤舸木兰香，锦帆张。因梦江南春景好，一路流苏羽葆，笙歌未尽起横流，锁春愁。”
通济渠沿途种植杨柳，两岸风景秀美，行走其中，可谓是美不胜收。白居易亦吟唱道：“隋堤柳，岁久年深尽衰朽。风飘飘兮雨萧萧，三株两株汴河口。老枝病叶愁杀人，曾经大业年中春。大业年中炀天子，种柳成行夹流水。西自黄河东至淮，绿影一千三百里。大业末年春暮月，柳色如烟絮如雪。南幸江都恣佚游，应将此柳系龙船。”
隋王朝短祚，后人论述隋亡的原因时，有隋炀帝开运河导致速亡之说。胡曾感喟道：“千里长河一旦开，亡隋波浪九天来。锦帆未落干戈起，惆怅龙舟更不回。”
很显然，这种说法刻意地强调运河与隋速亡之间的关系，未必妥当。
其实，隋开运河及建立以洛阳中心的水运交通体系不仅功在当代，更重要的是，利在后世。皮日休在《汴河怀古》中吟唱道：“万艘龙舸绿丝间，载到扬州尽不还。应是天叫开汴水，一千余里地无山。尽道隋亡为此河，至今千里赖通波。若无水殿龙舟事，共禹论功不较多。”
在这首诗中，除了“若无水殿龙舟事”包含了批判之意外，其中“至今千里赖通波”“共禹论功不较多”等多有赞美之意。皮日休认为隋亡不在于开凿汴河，随后有意地将开凿汴河与大禹治水相提并论，可谓是评价之高。
通济渠开通以后，虽说是为隋炀帝满足个人的私欲下江南提供了方便，但也密切了黄河流域与江淮之间政治、经济等方面的联系，出现了“商旅往还，船乘不绝”
的盛景。盛唐以后，从江淮之地漕运至长安的粮食，岁额高达400万石，每年经汴河南来北往的漕船多达六七千艘，在国用需求不得不转向和依靠江淮及吴越区域时，通济渠即汴河已成为唐王朝政治稳定和经济发展的生命线。
在隋代的基础上，唐代对淮扬区域境内的邗沟再度进行整修。安史之乱后，唐王朝国用依赖东南已成定局，在漕运岁额不断增加的前提下，因航道年久失修、泄水严重、航道干浅等直接影响到漕运，为加强东南漕运以解燃眉之急，整修邗沟再次提上议事日程。如唐玄宗开元十八年（730年），裴耀卿叙述江淮漕运形势时，有“每州所送租及庸调等，本州正二月上道，至扬州入斗门，即逢水浅，已有阻碍，须留一月已上”
之说，邗沟不畅已严重影响到东南漕运。根据这一情况，唐王朝采取了一系列措施试图提高邗沟的漕运能力。如开元二十五年（737年），润州刺史齐浣于瓜洲开伊娄河25里。
伊娄河又称“新河”，开伊娄河，是因为唐代扬州一带的航道多有变化，与六朝以来扬州一带的江岸不断南徙有着密切的关系。六朝时，邗沟的南运口在扬子桥（今江苏扬州扬子桥）一带，长江水文变化后，扬子桥一带的运道淤塞，由京口（今江苏镇江京口）渡江至此需绕行，多走60里的水路。从水文变化入手，齐浣兴修了新运道伊娄河。
中唐以后，杜亚、李吉甫等又多次改造扬州一带的运道，史称：“扬州疏太子港、陈登塘，凡三十四陂，以益漕河，辄复堙塞。淮南节度使杜亚乃浚渠蜀冈，疏句城湖、爱敬陂，起堤贯城，以通大舟。河益庳，水下走淮，夏则舟不得前。节度使李吉甫筑平津堰，以泄有余，防不足，漕流遂通。”
这样一来，如果伊娄河出现航道淤塞时，扬子桥可以再次成为东南漕运的渡口。
为改善江淮通运的条件，唐代统治者提出了开凿直河的构想。所谓直河，是指自盱眙利用淮河下泄水道及湖泊，开挖一条至扬州的航线。起初，自邗沟末口至盱眙，主要是以长达100多里的淮河为航线，由于淮河水阔浪大，舟船行驶其中容易遇到翻覆的危险。为改变这一不利的局面，唐睿宗太极元年（712年）将开直河提上议事日程，如有“使魏景清引淮水至黄土冈，以通扬州”
之说。开挖直河的关键性工程是开通圣人山（在今盱眙与洪泽县蒋坝之间）和黄土岗（今三河闸）等两处高地，打通这两处高地后，以淮河为补给水源并引入新渠，随后入衡阳河（在江苏宝应西），进而与邗沟相接。由于难度太大，致使工程失败。据郭黎安研究，圣人山南的古河（枯河、禹王河）当是唐代开凿直河的遗迹
。此后，宋代又在唐人的基础上再次开凿，终因“地阻山回绕，役大难就。事下都水，调工数百万，卒以不可成，罢之”
。从水文形势上看，唐代开挖的直河当为今江苏洪泽境内三河闸以下的淮河入江水道。
唐代对通济渠即汴河的治理可谓不遗余力，其中，与淮扬区域有关运河是广济新渠。如白居易有“淮水东南阔，无风渡亦难”
之说，淮河下游河道十分宽阔，风疾浪大。为了避开长淮之险，唐玄宗开元二十七年（739年）采访使齐浣开挖广济新渠，试图改变漕船容易覆溺的危险。史称：“淮、汴水运路，自虹县至临淮一百五十里，水流迅急，旧用牛曳竹索上下，流急难制。浣乃奏自虹县下开河三十余里，入于清河，百余里出清水，又开河至淮阴县北岸入淮，免淮流湍险之害。久之，新河水复迅急，又多僵石，漕运难涩，行旅弊之。浣因高力士中助，连为两道采访使。遂兴开漕之利。”
所谓“自虹县至临淮一百五十里”，是指从虹县（治安徽泗县）到临淮（泗州治所，治在江苏盱眙淮河镇境内）150里的水路。因这一水路“流急难制”，齐浣开挖了广济新渠。在开挖的过程中，广济新渠主要利用了自然水道。如自枯河头向东北开河30余里，衔接白洋河，出白洋河口入泗水，经百余里出泗水，又开河18里至淮阴北岸入淮。很遗憾，广新渠开挖后终因水位落差大，难以行运，很快废弃，只得继续走汴河旧道。
从大的方面讲，自唐代经济中心转向江淮后，邗沟一头联系可入长江出海的扬州，一头联系可入淮河出海的淮阴（唐代楚州淮阴郡治所已移治山阳，今江苏淮安市淮安区）。此时，扬州在淮扬区域南部，淮阴在淮扬区域北部，两城遥相呼应，在经济和文化方面出现了互补之势。如华南、福建、长江中上游地区及北方的货物要想参与到海外贸易的行列中，并在更大的范围内流通，需要借道出海。与此同时，海内外的商品要想将利润最大化，也需要在更大的范围内流通。由于淮阴和扬州扼守江淮的两头，处于南北经济、商贸等交流的节点上，又分别以长江、淮河为入海水道，这样一来，以邗沟为航道遂确立了淮阴和扬州商贸集散中心的地位。商贸集散中心地位的确立，一方面提升了淮阴和扬州的经济地位，另一方面经济上的交往和互动，为淮扬区域文化的整合提供了强大的经济基础。