Tijdens de negentiende en twintigste eeuw zouden omvangrijke waterbeheersingsprojecten worden ondernomen. Ter verbetering van de vervoersinfrastructuur werden op grote schaal rivieren gekanaliseerd en kanalen aangelegd. De Haarlemmermeer (1875), de Wieringermeer (1927-1930) en delen van het IJsselmeer (1920-1968) werden ingepolderd. Amsterdam en Rotterdam kregen beide een goede en korte verbinding met de zee, zo belangrijk voor de verdere ontwikkeling van hun havens (Noordzeekanaal, 1876; Nieuwe Waterweg, 1875). De waterbeheersing zelf veranderde eveneens. Door bevolkingsgroei en industrialisatie nam de druk op de ruimte toe en zo werden sinds het begin van de twintigste eeuw talloze bedijkingswerken ondernomen. Het overlatenstelsel werd afgeschaft en in korte tijd schakelde men over op een stelsel van rigide waterbeheersing. Een van de grootste projecten in technologisch opzicht zijn wel de Deltawerken; de Zeeuwse en Zuid-Hollandse kustverdedigingswerken welke werden gerealiseerd in de periode 1954-1997 naar aanleiding van de Watersnoodramp van 1953.

De negentiende en twintigste eeuw stonden echter tevens in het teken van de inbedding van het waterschap in het binnenlands bestuur. Gegeven de bestuurlijke eenwording van ons land in 1798, raakte de Rijksoverheid nauwer bij het waterstaatsbeheer betrokken. Van de sterke centralisatie van het waterstaatsbestuur is echter niets terechtgekomen. Na het herstel van de onafhankelijkheid in 1813 herleefden ook de oude bevoegdheden van de waterschapsbesturen, zelfs de oude rechtsmacht van de waterschappen. Dit laatste heeft tot 1841 geduurd. De Grondwet van 1814 bevatte een uitgebreid hoofdstuk over de waterstaat, heldere taakverdeling bleef echter uit. Wel tekende zich in deze grondwet de bevoegdheidsverdeling af, die thans in feite nog bestaat, te weten de lokale en regionale zorg uitgeoefend door waterschappen, met toezicht van de provincies, onder oppertoezicht van het rijk. Organisatie en reorganisatie zouden ook het waterschap bepaald niet onberoerd laten. Rond 1800 waren er nog circa 4000 waterschappen. Inmiddels is dit aantal gedaald van 2500 rond 1950 tot 37 in eind 2005.

In de eerste helft van de negentiende eeuw gaan verschillende provinciale besturen zich intensief bezighouden met het waterschapsbestel in hun gebied, vooral via de vaststelling van nieuwe en meer uniforme reglementen in hun provincies. Bekende strijdvraag uit deze tijd betrof de kwestie, in hoeverre de Staten bevoegd waren tot ingrepen in het bestaande bestel, dit tegen de achtergrond van de gedachte dat de waterschappen in essentie een privaatrechtelijke grondslag zouden hebben vanuit de gemeenschappelijke belangenbehartiging van de grondeigenaren. Thorbecke verdedigde daartegenover met succes de opvatting, dat waterschappen publiekrechtelijke lichamen waren, zodat de Staten zonodig zelfs ook tot opheffing zouden kunnen overgaan. Evenals in de Grondwet van 1815 werd het oppertoezicht door de koning in de Grondwet van 1848 vooropgesteld. De grondwet van 1848 legde de basis van een totale herziening van het gemeentelijk bestel zoals uitgewerkt in de Gemeentewet van 1851. Het onderscheid tussen stads- en plattelandsbesturen kwam te vervallen en daarmee het individualiteitsbeginsel. Dit beginsel kwam er op neer dat elk plaatselijk bestuur een eigen reglement kende. De nieuwe structuur van het lokale bestuur noopte tot een definitieve scheiding tussen de waterstaatszorg en de algemene bestuurszorg op het platteland. De discussie over de bevoegdheden van de provincies ten aanzien van de waterschappen bleef echter voortduren, iets wat pas beslecht werd bij de Grondwetsherziening van 1887. Bij de bevoegdheid van de provincies tot reglementering was voortaan inbegrepen de bevoegdheid tot oprichting en opheffing van waterschappen. De keurbevoegdheid was inmiddels overgegaan van de heemraden (oude dagelijkse bestuurders) naar de Verenigde vergadering van hoofdingelanden en dagelijks bestuur. Ook op het punt van de schouw verloren zij de bevoegdheid tot het vellen van vonnissen. De ontwikkeling van waterschappen tot besturen met een functioneel karakter heeft er ook toe geleid dat waterschappen lange tijd aan de zijlijn van het openbaar bestuur hebben gestaan en daarmee ook in de marge van de publieke en politieke belangstelling terecht zijn gekomen.

Door de voortschrijdende regelgeving op watergebied in met name de tweede helft van de twintigste eeuw, raakten de waterschappen gaandeweg steeds meer betrokken bij andere instellingen van openbaar bestuur. De veranderingen in regel- en organisatiestructuur van het Nederlandse waterschap kan voor de na-oorlogse periode naar vier typen worden onderscheiden:

De ontwikkeling onder c, vergroting van de horizontale en verticale coördinatie, heeft feitelijk de inbedding van het waterschap in het binnenlands bestuur voltooid. De wetgever heeft niet alleen voorzien in verticale afstemming door een Nationaal Waterhuishoudingsplan (vierjaarlijks, jaarlijkse bijstelling), een Provinciaal waterhuishoudingsplan (vierjaarlijks, jaarlijkse bijstelling) en een lokaal Waterbeheersingsplan (jaarlijks) voor te schrijven, doch tevens dat de planvorming op deze drie niveaus moet worden afgestemd met relevante, aanpalende planvorming zoals de Nota Ruimtelijke Ordening, streekplannen en bestemmingsplannen; alsmede de Nationale, Provinciale en Gemeentelijke Milieubeleidsplannen.