在田間管理方法上，西漢時已臻完善。成帝時，農學家汨勝之在他所著農書《汜勝之書》中指出：“凡耕之本，在於趣時、和土、務糞澤、早鋤、早獲。”對農業生產中的適時早種，不違農時，疏鬆土壤，固根保苗，施肥灌水，及時除草，抓緊收割等一系列田間管理辦法，加以科學、系統歸納，既是對當時農業生產經驗的總彙，又是對當時農業生產的理論指導。待別是在施肥方法上，不僅提出播種時須施用底肥，而且當禾苗長到一定高度時，還要進行追肥。具體操作上，又分為漫撒和穴施兩種，尤其是穴施方法最見成效。所謂穴施，就是將肥和水施於種苗的坑中，“取美糞一升，合坎（坑）中土攪和，以內坎（坑）中。臨種沃之，坎（坑）三升”。這種施肥法，一是肥力集中、高效；二是肥水結合，易於抗旱保苗。此種施肥知識和實際應用，在世界上居於領先地位，直到11世紀以後，西方各國才知道施肥的作用而加以實行。西漢中期以後，為了適應農田灌需要，解決糧食運輸以及抵禦水患災害等，在鐵器普遍使用，社會財富有足夠積累的基礎上，開始進行大規模水利工程建設。從中原到邊遠地區，各處都把興修水利作為發展農業生產的重要途徑，極大地促進了西漢的經濟繁榮。凡是農業生產發達地區，其水利灌溉能力也很強。

戰國時期，秦使蜀郡郡守李冰治理岷江，修築都江堰，灌溉民田300餘萬畝。又用韓國水工鄭國在關中開渠，引涇水灌溉民田4萬餘頃，修成長300裡的鄭國渠。至西漢時，這些昔時水利工程繼續發揮灌溉之利，造福萬民，其灌溉之地是國家重要產糧地區。為了充分利用水利工程的灌溉作用，西漢專門設定水官，在大司農、少府、太常等轄下，皆有都水長丞，司掌水利，大力推動水利工程建設，以便利農田灌溉和糧食等運輸。漢武帝時，藉助於雄強國力，在前人經驗啟發下，開始大興水利工程建設。先是元光六年（前129）春，大司農鄭當時根據大宗貨物遠距離運輸多靠水運，每年須經黃河從關東漕運百餘萬石糧食進京，以支付百官俸祿，其運程遠，運期長，費用高。故建議開漕渠，以縮短運程，減少費用，並可獲得灌溉之利，一舉多得。漢武帝很快採納了鄭當時建議，令水工徐伯助察設計，徵發役卒數萬人開鑿漕渠。其西起京師長安，穿渠引渭水，沿南山下東行，徑直至流關入黃河。全長300餘里，歷三年而通。自此渠開通後，經此渠漕運關東糧食到長安，比原來經渭水漕運縮短600裡，運期減少一半，僅三個月即可運畢，不僅大幅度節省了人力、運費，而且兩岸萬餘頃民田獲得肥水灌溉之利，使農業增產豐收有了進一步保障。

元朔二年（前127），漕渠修成後，至太始二年（前95），漢武帝始終致力於水利事業的發展，先後使人在關中地區開鑿數渠。其中引杜水等諸川而開靈軹渠、成國渠、沛渠，引汾水及黃河而作河東渠田，引洛水而開龍首渠，在鄭國渠之下又引涇水而開六輔渠和白渠等。在這些水渠中，白渠獲益最大，從谷口到櫟陽，長200裡，灌溉民田4500餘頃，民得其饒，故百姓歌曰：“田於何所，池陽穀口。鄭國在前，白渠起後。舉面為雲，決渠為雨。涇水一石，其泥數鬥。且溉且糞，長我禾黍。衣食京師，億萬之口。”河東渠田，因黃河改道移徙使渠田失利而廢。

龍首渠因土質鬆散，多易坍塌，改用穿井法以代替開溝法。即沿所要開渠線路依次鑿井，井與井近在思尺，井底以暗溝相通，水可流過，故稱為井渠，同樣可發揮灌溉之利。井渠是西漢人在水利建設事業上的一大發明創造。嗣後漢武帝派卒在西域屯田時，將井渠法傳入西域，使乾旱少雨的西域地區開鑿坎井灌溉，多得其利，極大促進了西域地區的農業發展。在關中以外其他郡縣，水利工程建設也較前代大有發展。其中朔方、西河、河西、酒泉諸郡，紛紛引黃河及其支流之水溉田，使農業獲得好收成。汝南、九江等郡引淮水，東海郡引定澤水，泰山郡引汶水。幾乎凡有江河流經之地，“皆穿渠為溉田，各萬餘頃。它小渠及陂山通道者，不可勝言也”是我國農田水利灌溉空前發展時期。