“十一五”期間，“水體污染控制與治理”重大專項圍繞“控源減排”的階段目標，在重污染行業減排、城鎮水污染高效脫氮除磷、農業面源污染控制、飲用水安全干凈處理、流域水質目標管理等關鍵技術領域取得突破，為“三河”、“三湖”等重點流域水污染防治規劃及重點工程的實施提供了技術支撐。
“十一五”期間，水污染治理專項圍繞“三河、三湖、一江、一庫”等重點流域，設置6個主題、33個項目、238個課題，截至目前已啟動32個項目、230個課題；總經費投入99.3億元，其中中央財政投入32.1億元，地方財政投入50.36億元，企業投入及其他經費預算16.87億元。
通過專項的實施，重點突破了“控源減排”關鍵技術，為主要污染物減排提供了支撐。針對石化、化工、制藥、糧食加工、印染、造紙等重污染行業，突破水污染全過程控制關鍵技術，有力地支撐了國家“十一五”COD（化學需氧量）減排任務的超額完成和重點流域的水質改善。在遼河、海河、松花江等重點流域開展示范，實現每年減排污水1.3億噸，削減COD1.1萬噸。
針對農業面源污染，初步突破了畜禽養殖廢棄物生態循環利用與農村農田面源污染控制等關鍵技術，在太湖、洱海等流域進行了示范，為“十二五”開展大規模面源污染控制研究奠定了基礎。其中，洱海北部羅時江流域農村與農田面源污染綜合防控示范區農田化肥用量削減30%，農業廢棄物收集利用率達到80%，坡耕地土壤侵蝕模數降低35%，示范區面源總氮、總磷污染負荷分別得到削減。
在城市污水處理方面，突破了污水處理廠提標改造和深度脫氮除磷關鍵技術，為城市水環境質量改善提供了支撐，形成了穩定達標的厭氧—缺氧—好氧生物脫氮除磷工藝（A2O）、膜生物反應器（MBR）、序批式活性污泥法（SBR）系列工藝升級改造方案，在環太湖、環渤海等地區建立了20座示范工程，推廣應用于500座城市污水處理廠升級改造，每年削減COD16萬噸、氨氮5.4萬噸和總磷1.4萬噸，為實現“十一五”我國城市污水處理廠COD削減450萬噸的目標起到了積極作用。
在飲用水安全保障方面，攻克了一批關鍵技術，為自來水廠達標改造和應對水污染突發事件提供了支撐。圍繞建立從“源頭到龍頭”全過程的水質安全保障處理技術體系和從“中央到地方”多層級的水質安全保障監管技術體系開展研究，研發了受污染原水凈化處理、管網安全輸配等40多項關鍵技術。
此外，專項綜合集成多項關鍵技術，在重點流域研發并系統集成結構減排、工程減排和管理減排等關鍵技術，初步形成流域水污染治理與管理兩大技術體系，為重點流域主要污染物減排和水體污染趨勢得到控制提供了技術支持，支撐了重點流域的水質改善。2009—2010年，遼河、淮河干流COD消除劣V類，海河水質有所改善；太湖富營養狀態由中度變為輕度，劣Ⅴ類入湖河流由8條減少為1條；巢湖富營養化程度得到明顯改善，基本遏制了藍藻大面積暴發；滇池外海水質明顯好轉。
