他的主要举措是整治西湖，筑建湖堤。 当时由于西湖泥沙淤积，造成湖床抬高，蓄水量大为减少。城东北直至海盐一带的上塘河沿岸仰湖水灌溉的千余顷粮田，由于湖水不足，一到夏秋，常闹旱灾，影响了农业收成。在对西湖进行深入细致的调查研究以后，白居易总结出“凡放水溉田，每减一寸，可溉十五余顷。每一复时，可溉五十余顷”。于是，他决定疏浚西湖，筑堤建闸，以增加湖的蓄水量，遂由石函桥筑堤，迤北至余杭门（即今天之武林门），“外以隔江水，内以障湖水”，这就是白居易所修的“白堤”。他特意将湖堤修筑得比原来的湖岸高上数尺，加大湖深，扩大湖区，增加了西湖的蓄水量，以供旱时的农田灌溉。由于这条堤的修筑，把钱塘湖（又名上湖，即今天的西湖）和它东侧的下湖（今已淤积为平地）完全阻绝开来。钱塘湖由于有灵隐诸山溪水的汇入，加上历代的疏浚而保留下来，并日益向风景名胜湖泊发展。而下湖和钱塘湖隔绝后，没有来水的补充，并由于湖泊的沼泽化而日益淤塞，最后变成了平地。在筑堤以后，他又担心湖口上水位高，容易泄走，便设立水闸，把湖水贮蓄起来，按时启闭。同时还要求地方官员利用春天多雨的机会，将这一季的降水尽可能地蓄积起来，不让其无谓地流失，如此，既可保证城内百姓的生活和生产用水，又能调节雨季和旱季的水量。
但是，这一利民之举却受到了当时钱塘县地方官吏的极力反对。当时有流言说，“决放湖水，不利钱塘县官”。因此这些反对者说，决放湖水，则“鱼龙无所托”，又说“茭菱失其利”，甚至还危言耸听，说“放湖水即郭内六井无水”，极力阻止对西湖的治理。对此，白居易逐一作了批驳，并反问道：“鱼龙与生民之命孰急？茭菱与稻粱之利孰多？”并进一步指出：“湖堤高，井管低，湖中又有泉数十眼，湖耗则泉涌，虽尽竭湖水，而泉用有余；况前后放湖，终不至竭。而云井无水，谬矣！”
白居易在唐代修筑的这条湖堤，对西湖的发展来说是划时代的。因为，从此以后西湖的性质就发生了变化，从一个天然湖泊演变成一个人工湖泊。而他在任职期间所营建的西湖胜景，也成为日后历代贤牧良守为西湖的存留奔走呼告的一个文化层面的原因。
除修筑西湖湖堤以外，白居易在杭州所进行的另一项重要的水利工作便是浚复六井。在李泌修六井以后，至此已四十多年，城内的六井由于岁久失修，常常出现缺水的现象。白居易在经过考察后发现，缺水的重要原因是“阴窦往往湮塞”，即引水管道不通，导致湖水不能顺畅地输送到井下。因此他又重新浚治了六井，疏通了送水管道，如此，“虽大旱而井水常足”，保证了城里居民的正常用水。同时通过城内的输水管，还可以将湖水引入运河，再顺势流入需要灌溉的下游农田。
修湖竣工后，白居易还特意用浅显易懂、口语化的文句作了《钱塘湖石记》，详述湖水保护管理的重要性和实施办法，刻石于湖畔，给后任者留下了几项管理西湖的须知事项。在这篇记中，他首先写明蓄放西湖水的标准和具体的操作步骤，指出放湖水溉田要定时定量；若遇到岁旱之时，要简化手续，及时放水灌溉。同时说明加高堤坝可以增加西湖的蓄水量，可足够下游农田的灌溉；除灌田外，还可以补充城内官河的水量，以利杭州城内的水运交通。另外还指明了保护堤坝的方法。第二，驳斥了所谓放水不利的说法，指出西湖放水灌溉农田利多弊少，并不会对城内居民的生活造成影响。第三，告诫后任者要常疏通六井的引水管道，以免湮塞，保证六井用水的充足。第四，交代了为避免相关利益者偷放湖水，要经常巡检函闸的封闭筑塞，以防盗泄湖水，以得私田。最后，说明了湖水水位过高时，泄水防溃堤的具体步骤。
《钱塘湖石记》可以说是历史上第一部关于西湖的管理法规。而且后人从此记中也可以看出白居易和李泌在利用西湖上的不同点，即，如果说李泌的利用西湖主要是着眼于城内百姓的饮水问题，那么白居易则更注意到农田的灌溉，从这种意义上说，他比李泌又进了一层。
在治理西湖、疏通六井之余，白居易对西湖景观的改善也做了很大的贡献。明人张岱在《西湖梦寻》卷一《西湖北路·玉莲亭》中曾记道：“白乐天守杭州，政平讼简。贫民有犯法者，于西湖种树数株。富民有赎罪者，令于西湖开葑田数亩。历任多年，湖葑尽拓，树木成荫”，“倚窗南望，沙际水明，常见浴凫数百出没波心，此景幽绝”。当时白居易在杭州做官，政务清平，打官司的人不多。凡有穷人犯法者，罚他在湖边种树；富人要求赎罪的话，令他在湖上开垦几亩葑田。如此，他在任几年后，湖边田茂林荫。如倚窗南望，沙滩外湖波粼粼，野鸭戏水，景色极为幽雅。而玉莲亭的取名，也是因为杭州居民“以其洁似莲，其白如玉，为立祠祀之”，以旌其高风亮节。
在白居易的带动和影响下，西湖的旅游业也逐渐兴起。最初来湖边游玩的还只是本地的老百姓，随着西湖的名声渐渐外扬，遂引致外地的游人也竞相前来，西湖的美名开始日渐传诵了。
在杭州期间及其后，白居易除了《钱塘湖石记》外，还作有《冷泉亭记》，介绍了冷泉亭景色之宜人，为杭州灵隐附近景点之最。另外，还作了很多描写西湖名胜的文章，以及咏叹西湖的诗文两百多首，是历代书写西湖诗篇最多的诗人，开启了日后歌咏杭州西湖的新风气。
长庆四年（824）五月，白居易任满离杭，离开时他为杭州人民留下一湖清水，一道芳堤，六井清泉，二百多首诗。当他离开时，老百姓扶老携幼，箪食壶浆，倾城为他送行。依依惜别时，白居易回赠了一首《去杭郡诗》：“税重多贫户，农饥足旱田。惟留一湖水，与汝救凶年。”他的“官历二十政，宦游三十秋，江山风与月，最忆是杭州”，和“江南忆，最忆是杭州，山寺月中寻桂子，郡亭枕上看潮头，何日更重游”等吟咏杭州的名句，千百年来早就成了脍炙人口的诗句。
白堤：
今天人们往往误认为西湖上的白堤为唐代白居易所修，其实白居易主持修筑的堤坝，当时称为“白公堤”，在钱塘门外，并非现在的白堤，其具体堤址即上述由石函桥至余杭门一线。如雍正朝《西湖志》卷七《白公堤》作：“在钱塘门北。由石函桥北至余杭门，筑以蓄上湖之水，渐次以达于下湖……谨案此堤当名白公堤，实白公所筑，与白沙堤绝不相涉。今石函桥外，堤迹犹存，而白公之名竟泯矣。特拈出之。”因此白居易所筑的白公堤和今天所谓“苏堤”、“白堤”的白堤不是同一条。对此，《湖山便览》中也有说明：“白公堤在钱塘门外，由石函桥迤北至余杭门，旧湖水东溢，与江流通。唐白居易筑此堤隔绝江水，堤以东号为下湖。蓄上湖之水，渐次达下湖，以灌民田，杭人利焉……石函桥外，堤迹尚存，今人多以白沙堤为白堤，误也。”清乾隆时人许承祖也曾说过，白公堤“与白沙堤绝不相涉。今桥外堤迹犹存。人罕知者，徒以白沙堤误称白公。而于公所筑之堤，反莫能指说，殊失其实”。
如今白公堤遗址早已漫漶无存。今天所说的“白堤”在白居易筑堤前已存在，叫作“白沙堤”，历史上也曾被称作“捍湖堤”、“沙堤”、“孤山路”、“断桥路”、“段桥路”、“断桥堤”、“孙堤”、“十锦塘”，等等。其名称大略是，唐代称白沙堤，宋代开始称作孤山路，至明代万历中钱塘令聂心汤编县志，从俗称白公堤。此堤从断桥起，经孤山，至西泠桥止，长三里多。南宋《咸淳临安志》卷三二载：“在孤山之下，北有断桥，南有西林桥，其西为里湖。乐天诗‘谁开湖寺西南路，草绿裙腰一道斜。’自注云：孤山寺路在湖洲中，草绿时望如裙腰。”此堤将西湖一分为二，堤的南面叫外湖，北面叫北里湖，以与苏堤以西的里湖相区别。
南宋咸淳年间，当地郡守在堤上修建了三座亭子。元代由于里湖一带集中分布着众多的蒙古贵族别墅，普通百姓不许在白堤上往来。也因为如此，白堤得不到及时的整修，再加上湖水不断啮蚀，堤岸渐渐变窄，日积月累，到元末，此堤已衰败不堪了。明代正德年间，杨孟瑛治理西湖时，取疏挖出来的湖中淤泥葑草修补堤面，增阔增高，并在堤上列植万柳，白堤才稍稍恢复了旧观。至万历中，太监孙隆又捐巨资加以修筑。经过整修后的白堤，长达三里，横阔三丈，四周用石块堆砌，堤面上铺上沙子，两边又杂植四时花木，并在堤上重建了望湖亭，又新建了锦带桥和垂露亭。新修的白堤兴盛不输苏堤，四时花团锦簇，游人行走堤上，两旁的美景应接不暇，故又俗称为十锦塘。杭州人为了感谢孙隆对白堤的贡献，因此又曾称之为孙堤。明清之际，白堤和苏堤都遭受重创，两堤上的垂柳都被砍伐。此后，康熙和乾隆二帝屡次巡行江南，多次临幸西湖，苏、白二堤也逐渐被整修一新。雍正年间，清廷诏令兴西湖水利，浙江、杭州两级地方官奉旨浚湖，将湖中挖出的葑草运到白堤和苏堤等旧堤上，进行加固，将其加宽丈余，加高二尺余，堤面铺上沙石，将二堤修复完好，同时按照传统，再补种上桃柳、芙蓉等。经过这次整修后，白堤“焕若图画，烂如锦屏。行人嬉游，鱼鸟咸若，殆无日不在光风熙皞中也”。民国11年（1922），浙江省政府在修建环湖马路时，将堤面改建成碎石路面，17年（1928）再改为沥青路面。民国《杭州市政府十周年（1927—1937）纪念特刊》载：“苏白二堤，横亘湖中，昔仅供交通之用，兹则已于两岸建筑石墈，或钉椿编篱，将堤身加宽，铺种草砖花木，加筑水泥路与游亭等，几全部改为公园矣。”1979年，又全部更换了堤上的垂柳，补植碧桃，使白堤又焕发出新的光彩。
关于白沙堤的形成原因及形成时间，从宋代以来就有不同的说法。南宋《淳祐临安志》中有这样一段记载：“旧《经》不载所从始……按吴越王钱镠作《钱湖广顺龙王庙碑》云：‘凿石为门，蒸沙起岸。’岂谓是欤？”后来就有人利用此碑中“刺史崔彦曾重修，凿石为门，蒸沙起岸”之语，认为是唐咸通二年（861）刺史崔彦曾开沙河塘时所筑。这种说法显然是站不住脚的，因为崔彦曾在白居易之后，而白沙堤早在白居易之前就已存在了，时间上的先后关系完全弄反了。估计白沙堤在唐以前应该就已存在，大概是修筑以通孤山之路的。
三、钱镠对钱塘江和西湖的治理
历史上对西湖影响最大的时期，是杭州发展史上极其显赫的吴越国和南宋时期。西湖的全面开发，正是从五代吴越国时期开始的。
吴越王钱镠（852—932），字具美，小字婆留，杭州临安人。少年时曾为私盐贩，后投军，唐乾符年间（874—879）为石镜将领董昌的部校；唐僖宗光启三年（887）升任杭州刺史；景福二年（893），任镇海军节度使，驻杭州；乾宁三年（896）为镇海、镇东两军节度使，治杭州；昭宗天复二年（902），被封为越王。天复四年，改封吴王；天祐四年（907）朱温灭唐建后梁，始封其为吴越国王。从任杭州刺史始，至病逝，钱镠实际统治杭州长达46年，是历史上直接统治杭州时间最久、功业最著的统治者。在建立吴越国之前，他曾五次扩建杭州，并花大力气修筑海塘和疏浚西湖，使杭州得到了巨大的发展。根据文献记载，隋代炀帝大业五年（609），杭州只有一万五千三百八十户，总人口仅有七万九千五百十五人，而到吴越盛时已达“十余万家”。