20世纪50年代，在我国规模空前的水利建设中，张光斗渊博的学识、杰出的才干得到了充分的施展和发挥。
官厅水库位于河北省张家口市怀来县，官厅水库工程局成立于1949年年底。经张任教授推荐，张光斗到官厅水库工程局任工程顾问。作为新中国建设的第一座大型水库，它格外受重视，毛主席、周恩来、朱德、陈云、邓小平都先后到此视察。张光斗参加了官厅水库枢纽规划，和土坝、溢洪道、泄洪洞的设计。由于缺少年轻有为的工程技术人员，他和张任每周六都去工程局工作。一次，张光斗的老朋友兰荫写信来，要他给刚在美国衣阿华州立大学研究院获得理科硕士学位的冯寅介绍工作。兰荫是张光斗在美国垦务局一起共事过的朋友，冯寅毕业后也在联邦垦务局工作过。于是，张光斗就把冯寅介绍到官厅水库工程局工作，后来两人合作得十分愉快。当然，大多数时间张光斗还是在清华负责日常工作。
春节后，水利部请张光斗、须恺、刘钟瑞、李维弟、冯寅等人到官厅水库做地址勘察。那日，怀来县漫天大雪，寒风刺骨，堵住了他们的路途。张光斗只好买了一瓶二锅头在旅馆驱寒。次日清晨，他们骑着毛驴上现场，晚上住在山顶的小破庙里，奇冷无比。就在这样艰苦的条件下，他们仔细勘测了坝址的地形条件，确认土坝设计的原方案可以使水库具备防水、供水的功能，先修水库，以后再造水电站。
1950年冬，张光斗跟随施嘉炀副院长考察了吉林丰满水电站和沈阳东北水利总局。他们还去了申窝水库工地，在看了当地的坝址地形和地质条件之后，注意到当地可利用鹅卵石做粗骨料的优势，提出修建百米高的混凝土重力坝的建议。在大伙房水库，张光斗帮助设计了土坝、旁侧溢洪道、泄洪隧洞兼发电洞和调压井。
1951年，张光斗负责黄河下游第一座引黄灌溉工程——黄河人民胜利渠的设计任务，他首次大胆尝试，破堤取水，将滔滔黄河水引入两岸的农田，为下游的引黄灌溉开辟了新路。
总之，张光斗常年出差在外，足迹遍布祖国的大江南北。他先后指导参与的工程有河南泾洛河水电站、广东新丰江水电站、甘肃刘家峡水电站、四川紫坪铺水电站、黄河三门峡工程、浙江瓯江水电站、黄河龙门水库、湖北丹江口工程、黄河陆浑水库、四川秀湾水电站和渔子溪水电站。他还参加过一些发生事故的水利工程的善后处理工作，比如曾诱发地震的广东新丰江水电站、北京永定河马岭水电站河岸滑坡和三门峡水库的泄洪排淤，等等。
建国初期，在张光斗指导设计的工程中，最为著名的就是密云水库。
1958年，全国开展“大跃进”，大搞水利建设，京郊大地到处轰轰烈烈，先后建成了十三陵水库和怀柔水库。可是这两座水库库容不大，只能有限地解决北京的用水问题。当时北京附近的两条河流即潮河和白河直接威胁北京、天津和河北省北部广大地区的安全，于是，在大搞水利建设的形势下，修建密云水库被提上了议事日程。
密云水库位于北京市东北部、密云县中部。修建密云水库是北京市委主持的工程项目，中央有关部门先把密云水库的潮河部分交给了清华水利系。
清华水利系负责的潮河水库主坝址在南碱厂。为做好设计及施工工作，水利部派出以总工程师冯寅为首的权威专家组长驻工地，而水利系几乎所有的师生都投入到了密云水库的设计工作之中，学校还组织了电机系、建筑系、土木系的一些教师协助工作。设计组以张光斗教授为首，学生则以1958年毕业班为骨干，一起负责密云潮河部分的初步设计工作。这项工程设计作为58届同学的毕业设计，可称得上是“真刀真枪”。
张光斗(左三)在密云水库调研
经过水利系和相关工作人员仔细地现场勘察，发现此次工程相当复杂，规模上也超过了以往的任何一次。师生们做过的工程较少，经验不够丰富，要他们承担如此的重任，张光斗心里很是没底。
1958年6月，“真刀真枪毕业设计”出炉了。7月，张光斗代表水利系向市委和市政府报告了密云水库的潮河设计方案。经过推算，他们认为潮河水库设计在技术上是可行的，建成之后实际效益巨大。一方面，水库建成后，可将潮白两河下游的防洪标准提高到300年一遇;另一方面，它还能为北京市供水供电，水流量可达28.1立方米每秒，预计灌溉农田400万亩，发电装机9万千瓦。这次汇报得到了市委领导的肯定和支持。
密云水库也得到了中央政府的高度重视。7月26日，张光斗得到通知，让他速去潮河坝址，因为周总理将亲自来勘察现场。密云水库是首都主要饮用水源基地，是华北地区最大的水利工程，最大水面188平方公里，蓄水量43.75亿立方米，相当于40个金海湖、50个怀柔水库、80个十三陵水库、150个昆明湖，首都市民每喝三杯水中，其中就有两杯来自密云水库。敬爱的周恩来总理对密云水库的修建倾注了无数的心血。总理仔细勘察了地形，认真听取了张光斗等人关于潮白河历史灾害和修建水库规划设想的汇报后，还提出问题与大家共同磋商，经过仔细推敲、认真论证和优化对比，最后同意了潮河主坝与九松山副坝的规划坝址。之后，周总理还向张光斗询问国外水库建设的情况。
总理问，是否白河水库与潮河水库必须同时修建? 回答是肯定的，因为白河与潮河水库必须同时运行才能发挥作用。周总理建议两个水库由同一家单位设计。于是，经北京市委同意，白河水库的设计任务也交给了清华水利系。之后，总理又来过两次。因为水库建设要淹没16万亩耕地和迁移4万余农民，总理亲自访问水库地区农家的生活生产情况，千叮咛万嘱咐，要北京市委做好水库的移民工作，保障农民迁移后生产生活的顺利进行。
8月，周恩来总理来到清华视察学校举行的毕业设计展览会，对同学们的设计感到很满意，还把北京市河网化的设计任务也交给了清华同学。看到“真刀真枪毕业设计”使自己在政治、教学、生产、科研、劳动五大方面都得到了锻炼，同学们欢呼雀跃，大受鼓舞。
不久，国务院和北京市委决定正式修建密云水库。在国务院的领导下，由水利部、北京市委和天津市政府直接领导，成立三人领导小组总负责的“建设密云水库总指挥部”。水利电力部和清华大学合作，成立水利水电勘测设计院，由张光斗任院长和总工程师，领导清华水利系的教师们赶做白河水库的初步设计图。
1958年9月1日，密云水库举行开工典礼。张光斗一边负责设计工作，解决工程技术上的问题，一边指导和审核设计，夜以继日，非常忙碌。密云水库开工之后，清华各系总计有100多名师生参加了设计，参加其他工作的同学先后逾200人。
谷兆祺，1952届清华学生。在回忆当年参与密云水库的工作情形时，他意味深长地说：“50年代建造密云水库这么大的一个水利工程，条件是极为艰苦的。清华的师生除了几位年长教授住在工棚中外，所有年轻师生全都住在半地下的土窖里，即在地上挖个坑，上面做一道矮围墙，盖上席子，搭上通铺就是我们的宿舍。1959年和1960年，国家进入困难时期，师生每人每月粮食定量不足30斤，几乎没有什么副食供应，大家都得在半饥饿状态下去完成许多重体力劳动，甚至开夜车……但是即使在那样艰苦的条件下，所有清华师生仍然情绪高涨，兢兢业业地做好每一件工作，努力克服工程设计及施工中的一道道难题，在各方面的积极协助和配合下，完成了一年拦洪、二年建成的艰巨任务。”
一天，意想不到的事情发生——张光斗的设计助手吕应三从工地打电话到张家里，说有学生提出要抽掉廊道内的钢筋以节省投资。一听此言，张光斗急匆匆地赶往密云水库设计组，急忙找到那位学生进行询问。那学生说，是总指挥部的老总讲白河大坝第二年汛前可以建成，因此廊道不需要渡汛泄洪，汛前可以堵塞，钢筋可以抽掉。但见多识广的张光斗认为那样做是极不安全的，因为虽然第二年汛前大坝已可拦洪，但依旧未完工，仍需要廊道泄洪，而廊道在水压和大坝的重荷下，需要钢筋加固。一旦去掉廊道内的钢筋，恐怕后果不堪设想。
可那学生觉得自己有人撑腰，始终固执己见。在施工过程中，他们居然瞒着张光斗，不仅偷偷地抽掉了廊道钢筋，而且还把水塔也去掉了。
12月，张光斗从外地考察回来，发现水塔没有了，廊道钢筋也被抽掉了! 作为总工程师的他大吃一惊，忧虑万分! 因为没有钢筋的廊道将给泄洪带来极大的危险，而险情一旦发生，则水库下游几千万人民的生命难保! 那样的事故一旦发生，怎么对得起老百姓?! 怎么对得起一直关心密云水库的周总理?接连两天，张光斗寝食难安，在河边来回踱步，设计助理吕应三担心他一时想不开会跳河自杀，只好一直跟着他。为了避免引起恐慌，张光斗决定先调查清楚情况再向总指挥部报告。于是，他紧急召集设计组的何慧贞、刘天雄，在和他们商量后，决定让吕应三、谷兆祺等人先弄清情况，然后大家讨论解决方案。可是，党支部却认为张光斗在搞专家路线，还组织教师开会批判他。张光斗顾不上为自己进行辩解，而是日思夜想如何加固廊道。这时，工程总指挥王宪同志得知了此事，他意识到问题的严重性，承认抽掉钢筋的做法是不对的，并同意补建水塔。于是，他们请来苏联专家共同商量，但还是没有商量出可行的好办法。张光斗提议，先设法补建水塔，并在流量小时请工人在水中锚固
①槽混凝土，以使来年的水位不超过水库的水位。
1959年1月，周总理第三次视察水库工作，知晓了抽掉钢筋的事，很是不安。为了排除张光斗在工作上的干扰，周总理特别对钱正英副部长和王宪同志下达了三点指示：
1. 今后张光斗不准离开工地;
2. 图纸必须有张光斗签字;
3. 技术上要相信张光斗，不能勉强他同意他认为不对的意见。
获此消息，张光斗十分感激总理的知遇之恩。显然，周总理的这三条指示为工程质量提供了政策保证。汛期来临之前，潮河和白河的水量出奇的大，张光斗建议把走马庄已建成的4号副坝挖掉，立即修建排洪道。虽然工程浩大，但这是当时唯一可行的补救办法，虽然有争议，大家最后还是同意了。
汛期来临时，白河大坝上游的围堰还没有及时完成，由于施工土料过细，造成围堰缺口。洪水到来，水位骤升，导流廊道流速很大，出口冲刷严重，民工日夜抢险。在汛期的一个月里，张光斗一直坚守在第一线，晚上参加抢险指挥会议直到清晨，白天到设计代表组讨论技术问题和审查设计，还要到施工现场查看工程情况，每天只有两三个小时的睡眠时间。
而周总理哪怕身在千里之外的庐山，每天也会让秘书打电话来询问白河水库的安全情况。张光斗感动之余，工作更努力了。汛期过后，密云水库平安渡过危险期，张光斗却病倒了。
密云水库一年拦洪，安全渡汛，在当时是伟大的胜利，各大报纸竞相报道。
9月7日，周总理第七次来到密云水库工地视察。看到潮河大坝和白河大坝的修建正在有条不紊的进行之中，在听取了水库继续施工的设计和施工计划后，总理表示满意，指示务必保质保量，干净利落地完成，决不留尾巴。
后来，总理还先后请张光斗和王宪到中南海西花厅家中作客，听取他俩关于密云水库进展情况的汇报。他们向总理汇报了水库的后期工程情况，并讨论了北京市的水利建设情况。汇报结束后，总理招待他们吃午饭，每人一块烤白薯、一个馒头、一个窝头，大家共用一个火锅、四碟小菜，吃得很愉快。
1960年，密云水库基本建成。设计组大队人马返回学校，教学秩序逐渐恢复正常。作为总设计工程师的张光斗考虑到密云水库是大跃进中设计的产物，生怕有疏漏，于是吩咐几位教师继续留在工地，把所有设计重新核对一遍，凡有不妥之处，一定要采取适当的措施弥补，以确保不留后患。在三年自然灾害、条件极为不利的情况下，青年教师们忠实地执行了张先生的指示，整整用了三年时间完成这项工作。一旦发现问题，张光斗总会仔细斟酌汇报内容，与大家一起商讨补救措施，确定哪些地方确实需要补救，然后向工地指挥部及上级报告。他不隐瞒、不推诿，以人民利益为重，不计较个人得失，先后对十来项工作做了补救，消除了隐患，保证了水库安全正常的运行。在此后的四十多年里，这些关键部位从未发生过重大事故，密云水库运行安全，向北京源源不断地供应优质水源。
在密云水库的整个修建过程中，张光斗一直坚持实事求是，大胆创新，但不冒进;重任在肩，殚精竭虑;谨慎负责，以百姓为重。正是这样的努力和刻苦，才铸就了密云水库的巨大成功。
密云水库建成后成了亚洲最大的人工湖，不但其直接经济效益显著，也成了旅游度假的胜地。登临坝顶，豁然开朗，烟波浩淼，天水茫茫的湖面，渔船点点，一望无际，水库旁的各式建筑隐现在青山绿水之中。假若沿着环湖公路绕行，整个密云水库便犹如一幅色彩斑斓的山水画卷扑入眼帘。周总理曾多次陪同外国首脑到密云水库参观，他自豪地向他们介绍说这是华北最大的水库
①。
1960年7月，毛主席视察密云水库。清晨，得知毛主席要来，大家都激动万分，列队欢迎，高呼“毛主席万岁!”王宪、张光斗和冯寅三人陪同主席观看水库模型，汇报水库情况。主席问了一些水库效益和移民安置的问题，然后上船视察水库。张光斗坐在船上认真地听主席讲话。毛主席遥指长城说，过去封建社会造长城祸害黎民，现在新社会修建水库造福百姓。毛主席还即兴讲起了很多历史典故和古代诗词，简直如数家珍。理工科出身的张光斗感到很好奇，日理万机的毛主席为什么能记得那么多的历史掌故和诗词呢? 主席笑着说，作为中国人都该知道祖国的历史和文化，你们这些工程脑瓜也该学些历史和文化。
毛主席的这句话深深地刻进了张光斗的心里，对他日后的高等工程教育文理并重观念的产生具有相当的影响。午饭后，毛主席在潮河水库里游泳，矫健自如，于是，张光斗更加敬慕这位人民领袖了。当晚，张光斗搭乘主席的专列回北京，一路又激动又得意。
张光斗曾说过：“在旧中国，像我这样的知识分子，虽有爱国之心，但无救国之方。幸而共产党、毛主席把马列主义和中国革命实际相结合，提出了一系列正确的路线、方针和政策，才推翻了三座大山，解放了除台湾以外的全中国。”
从旧社会过来的老知识分子都对新兴的社会主义国家满怀希望，而新一代领导的器重和厚爱让他们更加坚定了多作贡献，为民造福的信念。抱着这样的理念，在解放后张光斗一如既往地讲真话、办实事，数十年如一日，钻坑道、爬陡崖、下江滩，掌握现场资料，解决各种难题，从密云水库到三峡工程，从黄河的三门峡小浪底到长江的葛洲坝，从雅砻江的二滩、洪水河的龙滩到南水北调工程，在辽阔的祖国大地上，那一条条奔腾的江河旁和巍然矗立的大坝上都留下了他奔波的足迹，赤子丹心天地可鉴。
