元、明之际，黄河一再决口，济州河、会通河，徐州以北的泗水和以南的黄河先后淤塞不通。明永乐九年（1411），为了迁都北京，政府开始疏通淤塞的河段，使黄河重新归入汴水故道经徐州南下入淮，重新打通大运河的南北航道，以便漕粮北运，保证北京的粮食供给。

运河重新疏通后，废止了从元代就实行的海运和陆运，使整个南北运输完全依赖京杭大运河这数千里长的一条线路。因此，明代对运河航道的治理和维修都比较周密，在吕梁、百步梁还建了闸。明永乐十三年（1415）在徐州设立专司漕运的徐州户部分司，又称徐州广运仓，有敖一百座、房一千间。户部分司专司督运漕粮，仓监就是分司署主事，一岁一换。吕梁洪是漕运的重要通道，朝廷在这里设立工部分司，负责治理航道，监督漕运。根据著名书法家文徵明书写的《疏凿吕梁洪记》碑记载，当时的徐州洪和吕梁洪中的石块狰狞锋利“如剑戟之相向，虎豹象狮之相攫，大牙交而蛇蚓蟠。舟不戒则败，而莫甚于吕梁。”嘉靖二十三年（1544）都水主事命人将水中怪石全部凿除，从此舟行犹如坦途。

徐州古黄河南岸的五省通衢牌坊上写着“大河前横”

明代漕运，“法凡三变”。开始是支运，就是民船运粮至淮安、徐州、临清、德州四仓，再由运河城镇各卫所的官军用船节节转运北京和通州二仓。一年四次，约运300余万石。宣德四年（1429），徐州仓转运即达274万石。宣德六年（1431）改为兑运法，让各卫所的官军驾船到府县的水次仓兑粮起运，到京通二仓交纳。后来改兑，免除农民运到徐州等仓的做法，军船直接到该运的府县兑粮，加上耗米，直接运抵京通二仓。因此，每年经徐州北上的总运输量在400万石以上，粮船达1.2万艘，如果加上来往客商，每年通过徐州的船只远远超过这个数量。

京杭大运河紫庄段

元、明两朝的京杭大运河，在徐州与黄河交汇，徐州至淮阴间的运河，又是借用黄河的水道。所以，黄河每有决堤，徐州附近及徐州以南的运河都要受到影响，这就是徐州附近运河数度改道的原因。在历次改道中，以万历三十二年（1604）泇河运河开通对徐州发展的影响最重要。嘉靖四十四年（1565），河决沛县正云桥，徐州、沛县间运河淤断，便在昭阳湖东侧的江家口，经夏镇至沛县以南的留城开凿一条新河道与留城以南的运河相接，这是徐州附近运河的第一次大改道。万历三十一年（1603）黄河在山东决口，夺了改线后的新河道，明政府于次年开凿泇河运河，即从夏镇李家口引水会泇河和沂河，南下到邳州直河口入黄河。这就是中运河的前身，也就是后来清代漕运经过的河道。泇河运河开通之初，漕船仍然有三分之一通过徐州城下，三分之二改道由泇河运河北上。万历三十八年（1610）徐州附近黄河决口倒灌运河后，漕船就全部出邳州直河口经泇河运河北上窑湾了，徐州城附近运道开始废弃。清咸丰时，黄河又改道北去，徐州运河遂告废止。

窑湾古镇

明代徐州的北、东两面由于受到河流的限制，建成弧形，使徐州城的平面形如新月，当时则形象地将其比喻为卧牛。明代黄河河床抬高，已经形成悬河，对徐州城威胁很大。徐州有句俗话，叫“不怕刀兵之险，就怕鱼鳖之患。”从城内看河堤，状如仰釜，周围水涨，地泉涌出，不雨而溢，蝼蚁之灾顷刻间即可使徐州城沉沦，人民遭受灭顶之灾。景泰三年（1452）八月，徐州平地水深一丈，“民房尽毁，民饥疫，死者枕藉。”万历二年（1574）河水大涨，知州刘顺之等增筑环堤护堤，护堤根据不同的地势、土质决定其高矮宽窄。经常受到水冲刷的地方用竹笼贮石盘护堤基，终于使河堤未能溃决灌城。万历十八年（1590）夏秋间，徐州大水，城内官邸民舍均被淹没，城内积水逾年不退，不少人提议迁城或者改河，河官潘季驯和徐州兵备副使陈文燧开凿奎河（又叫支河），引水南下濉河入洪泽湖，徐州城得以转危为安。潘季驯还采用“筑堤束水，以水攻沙”的办法，制定了昼、夜、风、雨“四防”和官民“二守”制度，号召人民栽柳、植苇，保护堤岸，取得了显著的治河成效。和那些“黄河决口、黄金万斗；文官吃料，武官吃土（文、武官分别掌管料物和土方工程，从中贪污发财）”，不顾人民死活的河官形成了鲜明对比。潘季驯成功地治理了徐州附近的黄河，赢得了徐州人民的爱戴。

户部山戏马台

明代将黄河北流的河道和徐州以西黄河南侵入淮的河道全部堵塞，全部黄河之水在徐州城东北角会合北来的泗水，折而南下，水量剧增，漩猛流急，所以明以后徐州城的东南部最易决口。天启四年（1624）六月甲申，奎山堤决口，黄河大水从东南水门灌入徐州城，顷刻城内一片汪洋，水深一丈三尺，“官舍民庐尽没，人溺死无数”。八月又是大雨，河水再次泛滥，居民避居云龙山，水浸徐州城三年不退，城全部被冲毁。兵备道杨廷槐署州事，请于州南二十里堡重建新城，这是徐州有文字记载2000多年以来的第二次迁城。新城建了十多个月，给事中陆文献上书“徐州不宜迁六议”，结果新城罢废。直至崇祯元年（1628），城中淤沙渐平，兵备道唐焕修复旧城，居民才陆续迁回城中。这次毁城，全城积沙一米至四、五米不等，城中历史文物几无半存，城南近云龙山的土山和戏马台因地势较高而得以保全。这是徐州城有史以来遭受河决中最严重的一次灾难。后来经过数度修葺、增补，到崇祯八年（1635）徐州城方才复旧观。崇祯城完全按照洪武城的规模和布局修建，地上地下建筑物大都重合，原来的街道仍为街道。公署、官舍、民都在原址按原布局重建，所以徐州有“城上城，府上府，街上街，井上井”之说。至今徐州城市建设过程中常常发现地下建筑物遗迹，现在徐州古城下面的三、五米深处都有完整的城址。