潘季驯治河工程思想的核心，是立足于解决泥沙问题。他在治河活动中，始终把握住黄河多泥沙的特点，试图通过解决泥沙淤积问题来增大河床的容蓄能力，从而达到防洪保漕的目的。他的基本工程措施就是束水攻沙、借清释浑和淤滩固堤。实行这些措施的根本目的是固定河床。而实现这些措施的工程手段便是坚筑堤防。
（一）把治沙提到治黄方略的高度
在潘季驯以前，中国历史上的治河家们一直是把治水作为治黄的主要目标。从大禹"疏九河"，战国时期兴筑堤防、壅防百川，到东汉时王景"十里立一水门"，都是为了分水势、消洪水。宋代人深受黄河之害，对于泥沙问题的严重性和泥沙淤积规律有了一定的认识，并且还提出了用机械手段（"浚川耙"）疏浚河道的建议，但是从基本治河思想上讲，仍然是以分河和改道消泄洪水，作为他们的主要目标。元代在治河方略上虽然较为系统地整理分析了前人疏、浚、塞等方面的治河措施，但其立足点仍然是分水势以杀河势。一直到了明代，潘季驯以前的主要治河家们，包括较有治绩的白昂、刘大夏、刘天和等人，也几乎都属于"分流"派，他们仅仅从"分杀水势"的角度出发制定治河方略，却完全忽视了黄河多泥沙的特点。在这方面，明代景泰年间（1450～1456 年）的一位治河官员徐有贞的观点最具有代表性。
他认为，凡是水势大的河道就应该分流，黄河在汛期水势很大，当然也应该分流。
潘季驯是江南人，原来对黄河也没有多少认识。正如他自己所说的："居东海之滨，不知所谓黄与淮者。"后来考中进士做了官，奉使南巡，乘船经过黄河，"见河中沙渚累累，操舟者寻隙而进。"他才知道黄河里的泥沙是这样的多，河道淤积是这样的厉害。首任治河"总理"时，黄河在邳县决口，谷城、留城、境山一带河渠均被泥沙淤塞，他见此情景，竟"惶惧无措"。①这是他首次同黄河打交道时泥沙给他的下马威。随着治黄实践的增加，他一次又一次的沿河踏勘，见黄河泥沙不断地淤塞徐邳河段，淤塞清口，淤塞淮扬运河，淤塞海口，淤塞它决口侵漫的一切地方。这样就使潘季驯深深感受到黄河泥沙问题的严重性，使他懂得了不能把黄河问题同一般清水河流等同起来，也不能完全采用适于清水河流的方法来治黄。他说："黄流最浊，以斗计之，沙居其六。若至伏秋，则水居其二矣。以二升之水，载八升之沙，非极汛溜，必致停滞。"②这就是黄河的特性。从这样一个特殊性出发，潘季驯坚决反对开支河以分流杀势的主张。他说："分流诚能杀势，然可行于清水河，非所行于黄河也。"③这是因为"水分则势缓，势缓则沙停，沙停则河塞"，"支河一开，正河必夺。"④因此他批评主张分流的人是"徒知分流以杀其怒，而不知水势益分，则其力益弱，水力既弱又安望其能导积沙以注于海乎？"①① 潘季驯：《刻河防一览引》。
② 潘季驯：《河议辩惑》，见《河防一览》卷二。
③ 潘季驯：《条陈熟识河情疏》，见《总理河漕奏疏》（四任）卷六。
④ 潘季驯：《两河经略疏》，见《河防一览》卷七。
① 潘季驯：《河议辩惑》，见《河防一览》卷二。
与传统的观点相反，潘季驯通过自己对黄河水流与泥沙关系的长期观察和实践，提出了"筑堤束水，以水攻沙"的治黄方针，提出了"借淮敌黄，以清刷浑"的治黄方略，还提出了"放水淤平内地"、淤滩固堤的治黄措施。
他把治黄方略第一次落脚在"攻沙"、"刷沙"、"用沙"的出发点上，把几千年来单纯治水的主导思想，转移到了强调治沙，水沙并治的轨道上。这是潘季驯在治黄史上的一个重要贡献。
（二）筑堤束水，以水攻沙
在明代中叶，虽然黄河泥沙问题的严重性已被越来越多的人所认识，但是解决泥沙问题的途径、方式和见解却很不一致。当时比较普遍的一种意见，是主张依靠人力挑浚或原始的挖泥船疏浚。而潘季驯根据自己的认真观察，则明确提出利用水流和泥沙关系的自然规律来解决河床的泥沙淤积问题。"束水攻沙"就是这一指导思想的体现。
潘季驯为什么反对靠人力或简单机械的挑浚方式作为解决黄河泥沙问题的根本措施呢？他解释说：因为这么大一条黄河，就以徐州至淮安这段河面相对狭窄的河道而言，水深的地方有六七丈，浅处也有三四丈，河面宽的地方有一二里，窄的地方也有一百六八十丈。沙饱其中，不知有几千万斗，靠人力能挑挖干净吗？即使能够办到，如果不筑堤，下次洪水一到，又发生决口漫溢，河床很快又会被泥沙淤塞填满，这样下去还有个完吗？①他认为，如果依靠黄河水流的自然力，借水刷沙，则"如汤沃雪"，完全可以避免上述难题。他说："筑堤束水，以水攻沙，水不奔溢于两旁，则必直刷乎河底，一定之理，必然之势。"②这就是著名的"束水攻沙"理论。
由于"束水攻沙"的理论正确概括了人们对于水流挟沙能力与流速之间关系的认识，以及堤防可以能动地改变水流流态（流向、流速等）的认识，一开始投入实践，就取得了明显的效果。如隆庆五年（1571 年）春，潘季驯第二次主持治河期间，在一份报告中这样描述了束水攻沙的效果：徐州以下河段，宽二百余丈，深达三丈。去年河道决口，河床被泥沙淤满，几乎与河岸相平。今春挑浚河道时，仅在河中间开了一条小渠，不及河床断面的1/10。
但是，由于堵塞了决口，修筑了缕堤，水归河槽，结果"水冲刷沙，沙随水滚，跌荡成涂"，在很短的时间内，河槽就被冲刷得深广如旧。潘季驯正是从自己的反复实践中看到了束水攻沙的显著效果，所以当时他就旗帜鲜明地提出："筑堤束水，治河要策"。"臣以为治河之策，无出于此。"③"束水攻沙"，在工程实践措施上，有一个从单一缕堤束水到双重堤防配合使用的发展过程。
首先是单一缕堤束水，这是束水攻沙理论提出和实践的最初阶段。用缕堤束水，固定中水位河槽，缩窄洪水期河床断面，增大主槽流速，提高水流挟沙能力，这是当时束水攻沙派的一般意见。与潘季驯同时的治河官朱衡和万恭等人对此都有过实践。特别是万恭，对于用缕堤束水攻沙在理论和实践上都作出了重要的贡献。据说隆庆六年（1572 年）万恭接替潘季驯主持治河① 潘季驯：《河议辩惑》，见《河防一览》卷二。原文是："河底深者六七丈，浅者二三丈，阔者一二里，隘者一百七八十丈。沙饱其中，不知几千万斛，??纵使其能挑而尽之，堤之不筑，水复旁溢，沙复停塞，可胜挑乎？"。
② 潘季驯：《河议辩惑》。
③ 潘季驯：《攒运粮储疏》、《正漕复通疏》，见《总理河漕奏疏》（二任）卷三。
时，虞城县有一位秀才向万恭提出建议说：以人治河，不如以河治河。万恭很受启发，就问：怎样治呢？这位秀才回答说："黄河的特点是水流急。利用它的这一特点，凭借水流的力量，就可以把淤浅的河床冲深，这样主动权就在治河者手里了。具体办法是：要想使河槽的北面变深，就在南面修堤，北面自然会深；要想使河槽的南面变深，就在北面修堤，南面自然深；要想使河槽中间变深，就在南北两面同时修堤，使水流集中冲槽中间，河槽中部也自然会深了。利用河流的特性，借用水力的冲刷来解决河床中泥沙的淤积问题，其效果是人力远远莫及的。开始的时候，利用堤防约束水流，使河道变深；后来，河道成为地下河，堤防也就失去作用，有无也就不紧要了。"①这位秀才的建议中实际上阐明了这样一个道理，即：可以利用堤防按照人的意志改变水的流态。只要遵循了水流泥沙关系的运动规律，就可以借用水的力量冲走泥沙，最后达到治沙的目的。这是关于用缕堤束水攻沙的理论根据和实践措施的典型论述。万恭采纳了虞城秀才的建议，并进一步阐述说：水流集中，流速大；水流分散，则流速小，这是水流的基本特性。水流急，沙不停；水流缓，河床淤，这是泥沙运行的基本特点。如能因势利导，以堤束水，以水冲沙，地上河就可以变成地下河，黄河的水患就可以消除。根据这一认识，万恭在徐州至宿迁之间的黄河两岸修筑缕堤达370 里，在徐州以上也修筑了部分缕堤。这些工程在一般水情下都曾收到过"沙随水刷"的功效。
但是为了束水，缕堤逼河而修，洪水期过水断面相对缩窄而不均一，遇到不能容纳的特大洪水，便重新漫堤溃决。堤防一旦溃决，河床马上淤积。这样，就产生了攻沙与防洪的矛盾。攻沙要求两堤之间断面尽可能小一些，以便流速大一些；防洪则要求断面大一些，以便容蓄的洪水多一些。怎样才能保证既可以束水攻沙，又可以容蓄一定峰量的洪水而不致溃堤呢？这就提出了合理堤距的问题。
潘季驯在实践中看到了单一缕堤束水的弊病和问题的严重性，指出："黄河惟持缕堤，而缕堤逼近河滨，束水太急。每遇伏秋，辄被冲决，横溢四出，一泻千里，莫之底极。"①因此他多次强调："缕堤束水，必难恃以为安。"②限于当时的科学技术水平，潘季驯未能从理论上解决黄河下游的合理堤距问题。但是他把安全系数加大，提出了"双重堤防"的思想，即在原有缕堤之外，再远筑一道遥堤。他试图以缕堤束水攻沙，以遥堤拦洪防溃，靠遥堤和缕堤的配合使用来解决攻沙和防洪的矛盾。他概括说："遥堤约拦水势，取其易守也"；"缕堤拘束河流，取其冲刷也。"③所以说双重堤防的配合使用标志着束水攻沙的理论和实践已经发展到了第二阶段。潘季驯把这个思想喻之为"重门待暴"。
他说："今遥堤告竣，自徐（州）抵淮（安）六百余里，两堤相望，??婉蜒绵亘，始如长山夹峙，而河流于其中。即使异常泛涨，缕堤不支，而溢至遥堤，势力浅缓，容蓄宽舒，必复归槽，不能渍出。譬之为重门待暴，则暴必难侵；增缕御寒，则寒必难入??虽不能保河水不溢，而能保其必不夺① ［明］万恭：《治水筌蹄》。
① 潘季驯：《河工告成疏》，见《河防一览》卷八。
② 潘季驯：《河防险要》，见《河防一览》卷三。
③ 潘季驯：《恭报三省直堤防告成疏》，见《河防一览》卷一二。
河；固不能保缕堤之无虞，而能保其至遥即止。"①潘季驯认为，要实现"束水攻沙"，首先必须固定河槽，固定河槽又全赖堤防的巩固。"堤固，则水不泛滥而自然归槽。归槽，则水不上溢而自然下刷。沙之所以涤，渠之所以深，河之所以导而入海，皆相因而至矣。"②固定河槽的任务又不能单靠缕堤来完成，还必须靠遥堤作为后盾。"重门恃暴"的措施，就是在当时的治河水平上，不能确定合理堤距而采取的解决攻沙与防洪矛盾的一个积极步骤。这一思想，潘季驯在隆庆年间第二次总理治河时就已经提出，主张要"筑近堤以束河流，筑遥堤以防溃决。"③但是由于财力和其它条件的限制，当时仅筑了缕堤。目睹缕堤决口，河道淤塞的患害，他在三任总河时，又再次提出并大力实践了这一方针。由于在徐州至淮安之间修筑了遥堤，徐州至邳州之间还实现了双重堤防，因此这段河道在10 年之中出现了安澜无患，运道畅通的小康局面。这在整个明代也是少有的。
当然，由于当时科学技术水平和其它历史条件的限制，"筑堤束水，以水攻沙"方略还没有能够从根本上改变黄河下游泥沙淤积的趋势。但是它的理论意义，是揭示了治理多泥沙河流的重要途径；它的直接实践意义，是黄河下游河道的相对稳定，河患相对减少。这对当时社会政治和经济发展的积极作用是无庸置疑的。正是因为这个原因，后代对于筑堤束水的方针奉行不渝，视为圭臬。
（三）蓄淮刷黄，以清释浑
潘季驯的束水攻沙理论在实践方面的另一个创造性措施，就是"蓄淮刷黄，以清释浑"。
潘季驯在治河实践中很早就观察到了黄河水流与泥沙相互作用的规律。
还在隆庆五年第二次主持治河时就指出了山东运河与黄河文汇处水流与泥沙相互驱赶的现象。他说："为照茶城乃漕水出口处所，正与秦沟黄河相接，每遇黄水大发，必倒灌入口，沙停河浅；黄水稍退，则漕水随之而下，沙随水刷，通深如故，粮运无阻。"①他由此推断：这是"势所必致，旋淤旋通，易地皆然。"②根据这样一个基本认识，潘季驯在万历六年第三次主持治河时，形成并指挥实施了一个大胆的计划，这就是"蓄淮刷黄"，以河治河的方略。
本来，明代中叶以后至清代咸丰五年（1855 年）铜瓦厢大改道前，黄河下游正流一直行经今江苏徐州、睢宁、宿迁、泗阳、淮阴，由淮河入海故道入海。
到了万历初，黄河决崔镇而北.淮河决高堰而东，黄、淮、运交汇处的清口一片淤沙，清口以下的黄河入海尾间也被严重淤塞，仅剩一沟之水。当时有不少人主张用人工浚清口、浚河道、浚海口。而潘季驯经过实地勘查后否决了这种意见。他提出除了堵塞崔镇决口，大筑黄河两岸遥堤缕堤、挽河归槽之外，还应在清口上游堵塞洪泽湖大堤决口，修筑高家堰大堤，把淮河水拦蓄在洪泽湖中，约束淮河的清水尽出清口，流入黄河，以达到冲刷清口的① 潘季驯：《河工告成疏》，见《河防一览》卷八。
② 潘季驯：《申明修守事宜疏