明清時期，北京繼續(xù)作為國家的都城。民間有一句話叫“一條大運河，漂來北京城”。通州流傳的一句話是“先有張家灣，后有北京城”，這句話表明張家灣與明朝北京城的修建密切相關(guān)。明永樂帝遷都北京時，決定修建紫禁城。除石材是在北京地區(qū)生產(chǎn)以外，磚料、木料等物料都需要通過運河從南方運來。比如，上等的金絲楠木產(chǎn)于云貴川地區(qū)，需要從長江進入運河后到達北京。因明朝的大量消耗，清朝建紫禁城時需從更遠的海南一帶開采楠木，再通過一段海路進入西江，之后通過靈渠、湘江進入長江。如果沒有運河，這些物料根本運不過來。通州地區(qū)曾出現(xiàn)兩個皇木廠村，一個在城北，一個在張家灣，目前張家灣的皇木廠村還保留。北京周邊也有木廠，如神木廠、大木廠、臺基廠、山西大木廠等。

磚料也是建設(shè)紫禁城的重要物料。磚料的生產(chǎn)主體集中于黃河中下游和長江中下游，根據(jù)文獻記載，很多州縣都在燒磚。嘉靖年間，城磚的生產(chǎn)與鋪地金磚的生產(chǎn)分別歸并在兩個地方，比如山東臨清主要生產(chǎn)城磚等磚料，蘇州主要生產(chǎn)鋪地金磚的磚料。臨清和蘇州都在運河附近，方便就近運輸。通州與北京城區(qū)都留下了許多磚廠的地名。

營建北京所用石料主要來自北京附近山區(qū)，但花斑石則在山東、河南、徐州等地開采。文獻記載，石頭太沉，不能整體運輸，需在產(chǎn)地打磨成細料。今天張家灣皇木廠村，挖出46塊成型的花斑石，最大的一塊高5.5米、寬度1.2米、厚度1米，重20噸。

運河在建設(shè)北京城的過程中發(fā)揮了重大作用。運河另一個主要功能是運漕糧。明代漕糧并非全部來自江南地區(qū)，繳納漕糧的省份有南直隸（江蘇、安徽）、浙江、江西、湖廣、山東、河南。其中南直隸、浙江、江西、湖廣等省之糧謂之南糧，山東、河南兩省之糧謂之北糧。

修皇陵、建造紫禁城等城市建設(shè)，廢棄了元代開通的白浮甕山河和通惠河。漕船到達通州后，漕糧需要陸運進入北京倉和通州倉。這段陸運的費用由國家支出，錢卻付給了京城里的達官顯貴。這些人組織了車戶集團，負責這一段的陸運運輸。由于利益集團阻撓，明前期多次想重開通惠河都未成功。直到明中期，明朝迎來了嘉靖皇帝。嘉靖皇帝從湖北進京，與京城當?shù)氐睦婕瘓F牽扯較少，于嘉靖六年（1527年）下令派吳仲重開通惠河。重新開通后，漕糧從通州一路水運到東便門，直至清末。吳仲開河成功，得益于皇帝不受利益集團的約束。嘉靖皇帝給吳仲的批示是：“大事可成，則勞費不足計；國計有裨，則浮言不足恤。若奸豪之人，恐妨己利，故違勝謗阻撓，拿究。”有了這把“尚方寶劍”，吳仲順利開河，從此通惠河發(fā)揮作用。

吳仲重新開河有兩個重大變化。一是把通惠河的河口直接改在通州城北入北運河，通惠河河口北移到通州北關(guān)后，白河、溫榆河和通惠河三條河流匯合，通州至張家灣河段水勢增加，漕船可從張家灣直接上溯至通州城；二是把碼頭從張家灣轉(zhuǎn)移到通州城。為了轉(zhuǎn)運京倉漕糧，吳仲在通惠河上建五座河閘以蓄水通航，并在通州城北門外通惠河口南側(cè)建石壩碼頭一座，漕糧經(jīng)石壩轉(zhuǎn)搬入通惠河，然后溯河而上，經(jīng)五閘逐級遞運，一直抵達北京城大通橋碼頭。另為轉(zhuǎn)運通倉漕糧，吳仲在通州城東關(guān)外建土壩碼頭一座，漕糧在此碼頭卸載，然后經(jīng)州城東門搬運至通州倉儲存。通惠河上的五座水閘和通州城的土石二壩合稱“五閘二壩”。