自然保护区建立后，逐步建立生态保护管理办法和规章制度，制定和完善生态保护经济政策，构建生态系统监测体系，加大生态保护和建设投入，大力开展生态保护宣传教育，积极开展国际交流与合作，实现人与自然和谐发展。
一、保护规划
《山东黄河三角洲国家级自然保护区工程总体设计》。1993年，自然保护区管理局委托省林业勘察设计院编制，共13章42节。主要涉及自然保护区基本情况、资源现状、建设方针与经营原则、保护工程和措施设计、科研教育工程设计、多种经营设计、旅游设计、管理局及站址工程设计、其他工程设计、管理机构与编制、投资概算及事业费预算、效益评价、档案管理等内容。规划期限：1993—2002年。主要目标是：建设以保护湿地自然生态系统、鸟类资源为主，集保护、科研、教育、开发、利用于一体，风貌独特，生态系统完整，具有世界领先水平的自然保护区。
《山东黄河三角洲国家级自然保护区总体规划》。2000年9月，自然保护区委托省林业勘察设计院编制。该规划共分7章。涉及总论、基本情况及现状评价、总体布局、重点建设工程、投资概算、保障措施、效益评价等内容。规划期限：2001—2010年。2000年9月23日，专家论证委员会评审通过；2001年，国家林业局批复实施。主要目标是：搞好黄河三角洲自然保护区的保护管理工作，使保护区建设布局合理、重点突出；资金与实际要求衔接，避免重复建设，减少资金浪费，从而促进和确保黄河三角洲自然保护事业的健康、持续发展。
《山东黄河三角洲国家级自然保护区生态旅游总体规划》。2008年年初，自然保护区管理局委托省林业监测规划院编制。该规划共分10章。涉及规划说明、基本情况、景观资源与开发建设条件评价、生态旅游开发总体构思、旅游市场策划与营销规划、生态旅游区划及开发规划、旅游支持与保障体系规划、生态旅游建设对环境影响评价、生物多样性保护规划、投资概算与效益评估等内容。2008年6月24日,该规划经专家论证委员会通过。2009年1月，国家林业局批复实施。同年5月，委托中国城市规划研究院对《总体规划》进行优化提升。根据总体规划，整个旅游区规划面积400平方千米，规划期限：2009—2020年。规划以大项目建设为切入，形成一个龙头（黄龙入海）、两个核心（国际观鸟基地、沧海桑田景区）、两大效益区（湿地综合服务区、湿地休闲度假区）的空间格局，项目总投资30亿元。
《山东黄河三角洲国家级自然保护区总体规划（2013—2022年）》。2012年，自然保护区管理局委托国家林业局调查规划设计院编制。该规划共分9章，即总论、基本情况、保护现状及评价、指导思想原则目标及功能区划、规划主要内容、重点工程建设、管理机构与能力建设、投资估算及效益评价、实施规划的保障措施等。规划基准年为2013年，规划期限为2014—2022年。分两期实施，前期为2014—2016年，后期为2017—2022年。本次规划全面系统地保护完整的原始湿地生态系统。坚持把生态保护建设摆上首要位置，大力实施六大生态保护规划，全面构筑湿地、森林、草地、海洋四大类型生态系统，保护生物多样性，提高生态系统生产力。六大规划为保护管理规划、科研监测规划、宣传教育规划、生态旅游规划、基础设施建设规划和智慧保护区规划。2013年8月23日，国家林业局以林规发〔2013〕133号文批准实施。
二、保护工程
保护设施建设。1993—1996年，自然保护区管理局实施一期工程建设，总投资1343万元，其中国家投资300万元，地方配套资金1043万元；重点建设核心区保护工程，实施核心区、缓冲区、实验区划界；对3个管理站的管理范围、区域设置界桩、标牌，建设瞭望台、检查站，购置防火、巡逻车辆等。1997年5月，林业部批准实施一期续建工程，重点完善已有保护工程和科研工程；2000年竣工，总投资903万元，其中国家投资280万元，地方配套资金623万元。
2001年12月，国家林业局批准实施二期工程建设，投资1078万元，其中国家林业局投资539万元，地方配套539万元；建设简易码头2座，瞭望台、急救站、贮水池各1个，配套其他救护、监测、信息网络、引水等设施设备。同年，市计委批准实施占地面积3751平方米的鸟展馆工程建设，投资800万元。2003年，自然保护区二期建设工程主体完工。2004年，通过国家林业局验收。
2005年，重点实施大汶流、黄河口管理站网围栏工程33.33公顷。2006年，实施湿地恢复工程，修筑围坝14.2千米、隔坝2条，修建水闸1座、连通闸3座，动用土石方73.5万立方米，完成投资405万元。2007年，投资2000余万元，实施湿地修复工程、湿地监测工程、围栏试点工程、环境综合治理工程、重点物种和重要生态区域保护工程。2008年，建成湿地监测站2处，向国家林业局申请黄河三角洲东方白鹳繁殖招引及繁殖地保护工程项目，争取项目资金100万元。组织实施黑嘴鸥繁殖地保护工程、东方白鹳繁殖地保护工程、鸟类栖息岛建设工程和鸟类补食区建设工程。2010年5月，完成1.33万公顷湿地恢复区配套提升工程，新建围坝1.2万米，维修加固围坝、隔坝9362米，确保调水调沙期间黄河水的有效引蓄；为刁口河河口生态补水做准备，建设输水渠3680米、挡水坝1.65万米、隔坝1万米、穿涵5处。
2011年，重点实施黄河南1.33万公顷湿地恢复区配套提升工程、黄河北退化湿地0.2万公顷修复工程、刁口河河口补水工程。2012年，实施黄河河口湿地淡水补给、刁口河流路湿地补水、黄河口安全防护等生态保护工程。其中，黄河河口湿地淡水补给工程由国家发改委、国家林业局批复立项，总投资2991万元，分2期建设。当年完成第一期，投资1840万元，建设补水设施、管护设施，实施植被恢复和鸟类栖息地保护与生态环境改善工程。刁口河流路湿地补水项目，投资675万元，建设挡水坝、隔坝、生态岛、闸门等。黄河口安全防护工程总投资1300万元，完成护坡长度1.42千米，动用土方2.5万立方米，修建道路2.5千米，建设截止闸2座。2013年，实施黄河河口湿地保护及景观提升、刁口河生态调水等生态保护工程。黄河河口湿地保护及景观提升工程，完成7.3千米引水渠清淤，16.6千米堤坝维修加固、生态护坡及水道开挖，150公顷芦苇复壮，动用土方46万立方米。刁口河生态调水工程，自筹资金修复因“达维”台风损毁湿地恢复区堤坝、清理进水渠道。
湿地恢复、补水工程。2002年，组织实施国家林业局批准的二期工程建设，其中恢复湿地4238公顷，包括大汶流管理站3378公顷、黄河口管理站860公顷，2003年完成，翌年通过国家林业局验收。2005年，实施湿地恢复后续工程，当年完成黄河口管理站666.67公顷和一千二管理站333.33公顷湿地恢复工程；同年，开工大汶流管理站6666.67公顷湿地恢复工程，并纳入2006年全市“双十”工程，共修筑围坝14.2千米，修建隔坝2条、泄水闸1座、连通闸3座，动用土石方73.5万立方米，完成投资650万元。2009年3月至5月，实施1.2万公顷湿地恢复完善提升工程。工程含大汶流管理站1万公顷、黄河口管理站2000公顷。共维修加固湿地恢复区围隔坝20.9千米，清淤引水渠7.3千米，动用土方30.8万立方米。黄河调水调沙期间，成功蓄水1500万立方米，湿地恢复区生态环境明显改善，生态功能显著增强。
2008年，结合黄河调水调沙试验，尝试放引黄河水对自然保护区实施补水。2009年，重点向1万公顷核心区补水1507.66万立方米。2010年6月24日，开始刁口河流路恢复过水试验，在黄河调水调沙期间，通过自流引水和扬水船提水等措施，共向刁口河引水3620万立方米，河道过水面积2333.33公顷，自然保护区进水1346.67公顷，生态补水3666.67公顷，实现刁口河流路断流34年后首次全线过水；6月23日起开始向南岸湿地补水，至7月6日累计引水2041.36万立方米，进水面积3966.67公顷。2011—2013年，刁口河流路生态补水累计过水7208.4万立方米；2011年向南岸湿地补水2248.1万立方米，2012年向北岸、南岸累计补水3036万立方米，2013年向北岸、南岸累计补水2129万立方米。
交通设施建设。1998年，区内黄河南顺河路柏油路建成。2002年，胜利油田孤岛采油厂为开发新滩油区，在黄河入海口建设清八浮桥（新滩浮桥），成为连接黄河南北大汶流与黄河口管理站的交通枢纽。2009年，自然保护区管理局筹措资金655万元，对区内4条柏油路（垦东五至浮桥路、旅游线路鸟岛处毁损路、451至浮桥路、垦东32区块路）实施维修改造。2011年，飞机场至旅游区一级旅游专线公路（东八路）建成通车。2012年5月，自然保护区管理局实施南顺河路5.3千米维修改造和黄河北岸22千米道路建设工程。至2013年底，自然保护区内公路建设基本完善。
办公、展览设施建设。1993—1996年实施的一期保护工程中，包括实验区正常保护管理所及局、站建设工程。1994年春，自然保护区管理局在曹州路64号实施科研中心大楼建设。1995年，建成办公楼1327平方米和鸟展馆2000平方米，总投资489.5万元；1996年正式启用。1998年，投资100万元建设黄河口管理站职工住房，改善职工住房条件。2002年7月25日，黄河口湿地博物馆开工建设，至2003年5月30日竣工。2006年，投资173万元建设垦东五办公楼。
湿地监测工程。2006年国家林业局立项的重点工程，总投资405万元，其中国家投资243万元，地方配套162万元；2009年竣工。工程建设内容有：以管理局现有办公场所为依托，建立保护区湿地监测信息中心，建筑面积150平方米。初步建立包括数据库、动态预估模型、GIS和多媒体技术的现代化湿地信息管理系统；建设一千二黄河故道湿地监测站1处，建筑面积800平方米，位于一千二管理站办公区。同时建设一个小型气象观测站，主要监测该区域内气象、物候等范畴；在大汶流管理站设立地表水、地下水监测点各1处，主要监测地表水化学、毒理学、细菌学等范畴水质指标以及地下水水位、含盐量变化等指标；设立土壤地质监测点1处，主要监测新生湿地特殊地质地貌变化状况指标；在3个管理站各设立关键物种监测点2处，主要监测湿地关键物种（鸟类、湿地植被）变化趋势、分布及影响；设立湿地固定监测样地27个，主要监测湿地生态系统组成、结构及生态过程、珍稀植物个体分布变化、种群变化趋势等；设立固定样带3条，主要监测珍稀动物个体分布变化、种群变化趋势等。
鸟类补食区工程。由于农业产业结构调整，自然保护区及周边农民大面积种植棉花，冬小麦和大豆等丹顶鹤、灰鹤、大鸨、豆雁等越冬鸟类依赖食物锐减，为给鸟类提供越冬稳定食物，2001年7月制定鸟类投食区建设方案。2003年，投资建成一千二管理站1000公顷鸟类食物补食区。同年底，黄河口管理站鸟类急救站建设工程竣工。2004年在黄河口管理站、大汶流管理站区域内种植333.33公顷冬小麦，为鸟类提供充足越冬食物。2011年，建设鸟类补食区333.33公顷。通过公开招投标的形式，委托农业生产合作社、种植大户等技术较为成熟的经营主体开展绿色经营，并根据区域内鸟类栖息、觅食特点统一规划，规范管理。鸟类补食区分三个区块：①水稻片区，适宜鹤类、雁类等候鸟取食。据保护区鸟类监测记录，每年越冬期有丹顶鹤、灰鹤等鹤类约2000只以及豆雁、灰雁等雁类约3.6万只在该区域栖息、觅食。②大豆、小麦片区，适宜大鸨、丹顶鹤、灰鹤、白鹤、大天鹅等候鸟觅食。大豆种植期为每年4月至9月，小麦种植期为每年10月至次年6月，而4月至次年6月正是保护区大量夏候鸟与冬候鸟迁徙与觅食的时间段。③莲藕片区，适宜池鹭、白鹭、牛背鹭等鸟类觅食；同时，藕池是白骨顶、黑水鸡、灰鹤等冬候鸟的倾向栖息场所。
重要物种、重点生态保护区域保护工程。2005年5月，首次在自然保护区大汶流管理站发现东方白鹳繁殖成功后，自然保护区加强东方白鹳及其栖息地的保护，周边区域停止一切生产活动，禁止人为干扰，并出台《东方白鹳保护规程》。2007年，规划设置丹顶鹤、东方白鹳、小杓鹬、黑嘴鸥、鹬类、大鸨、野大豆、天然柳林、柽柳林等10个重点物种保护范围，沿海滩涂等6大重要生态区域划定范围，埋设界桩，实施严格保护，加强巡护监测及科研等工作；在0.33万公顷生态恢复区架设东方白鹳人工招引巢架21根，深埋地下3米，杂石固定，净高12米；实施黑嘴鸥繁殖地保护工程，确定实施地点，环志黑嘴鸥，加强国际合作，开展有关黑嘴鸥研究。2011年，实施黑嘴鸥繁殖地巡护及生态环境维护项目、东方白鹳繁殖招引及繁殖地保护项目。
鸟类救护。2002年，自然保护区管理局在垦利县下镇乡鱼池救护国家一级保护鸟类大鸨1只。2003年，实施国家林业局二期工程，建立黄河口鸟类救护中心。2007年，扩建鸟类救护中心；垦利下镇救护丹顶鹤3只。广大市民爱鸟、护鸟意识不断增强，不少市民看到受伤鸟类，或精心喂养，康复后放飞大自然，或向护鸟协会、林业部门报告寻求专业保护。据统计，2008—2013年，城乡市民自觉爱鸟、护鸟行动37人次。
三、野生动物疫病防控与监测
山东黄河三角洲国家级自然保护区野生动物疫源疫病监测与防控是全国150个野生动物疫源疫情监测点之一，也是山东省、东营市防控高致病性禽流感重点地区，在部署、落实禽流感监测、防控工作方面负有重要责任。2005年5月26日，自然保护区管理局印发《关于山东黄河三角洲国家级自然保护区野生动物疫源疫情防治应急预案》，完善监测防控体系。各管理站结合自身实际，制定各自具体应急预案。后每年不断优化局、站两级防控平台，完善应急预案，调整充实防控队伍，按时上报野生动物疫源疫病日常监测信息，确保信息安全、畅通、快捷。2005年10月28日，市政府召开全市高致病性禽流感工作紧急会议后，自然保护区管理局成立禽流感防控领导小组，制定印发《关于切实加强野生动物疫源疫病监测与防控工作实施意见》，统筹安排防控工作，协调监督监测与防控工作的实施。三个管理站分别成立防控工作领导小组，安排落实野生动物疫源疫病监测与防控工作具体任务。11月8日，成立3个禽流感防控督导组，就督导组任务和职责提出8项具体要求。
2006年春，自然保护区管理局成立以市委驻工作组为主的禽流感防控工作领导小组。三个管理站均设立野生动物疫源疫病监测与禽流感防控办公室，配备专用库房，建立监测档案，建立实验室；配备微机、传真机等信息传输设备；配备望远镜、GPS等监测设备；配备消毒液、喷雾器、防护服等消毒和防护设备；购置样品采集及保存设备；从市禽流感防控指挥部调运药品300余箱、疫苗60余瓶、防护服1000余套，确保禽流感防控物资落实到位。为确保禽流感防控工作落到实处，三个管理站均建立监测员岗位责任制，制定监测信息管理规章制度和保密制度；建立信息监测制度和信息收集制度；实施24小时疫情报告制度。同时，加大对禽流感防控知识宣传普及，派出专业技术人员在三个管理站巡回指导，组织监测人员参加技术培训，印发《禽流感防治知识》和《禽流感防控政策》明白纸。5月29日，自然保护区管理局成立野生动物疫源疫病监测与禽流感防控监测站，与科研站合署办公，具体负责野生动物疫源疫病疫情监测与禽流感防控工作。同年，按照国家林业局对重点监测点统一部署和省林业局要求，确定自然保护区野生动物疫源疫病疫情重点监测点和重点监测对象，共设立11个重点监测点，其中一千二管理站4个，黄河口管理站3个，大汶流管理站4个，并确定各监测点第一责任人。监控对象以雁鸭类、鸻鹬类、鸥类、鹳类、鹭类为主，监控区域确定以迁徙候鸟栖息地作为重点监测区。成立候鸟野外监测调查小组。管理局、管理站分别抽调专业技术人员组成专业监测与调查小组，专门负责保护区及周边地区候鸟野外调查与监控工作，记录候鸟迁徙变化情况。加强巡护和视察，实施每日巡护制度，做到准确掌握野生鸟类迁飞、集群活动和疫情信息。
2010年，为加强巡护监测工作，购置监测摩托车、望远镜、GPS等监测设备，储备防护设备、消毒药品等应急物资，提高预防和处置疫情物资保障能力。加强远程无线视频监控建设，提高监测水平。筹集资金100余万元招标购进高清远程视频监控系统，加密视频监控点，实现全天候不间断监测。同时，筹集资金40万元，实施地理信息系统建设。
2012年，调整野生动物疫源疫病监测与防控工作领导小组组成人员，并与三个管理站、大河传媒集团分别签订野生动物疫源疫病监测与防控责任状。根据鸟类集中分布区变化情况，调整鸟类监测点，由原来11个重点监测区域和重点巡护监测路线增加到14个，明确各监测点第一责任人及主要监测对象。
2013年，自然保护区管理局印发《山东黄河三角洲国家级自然保护区野生动物疫源疫病防控应急预案》，调整野生动物疫源疫病监测与防控领导小组组成人员。
四、加入国际保护组织
1996年，黄河三角洲国家级自然保护区被湿地国际亚太组织批准加入“东亚-澳大利西亚涉禽保护区网络”，成为首批19个国际成员单位之一。1997年被批准加入“东北亚鹤类保护区网络”，成为首批16个国际成员单位之一。2001年3月15日至19日，自然保护区管理局成功承办国家林业局东北亚鹤类网络会议，来自俄罗斯、日本、蒙古、韩国、朝鲜及国内13个自然保护区代表105人参加。2013年10月，成功申报列入国际重要湿地名录，成为全国46个国际重要湿地之一。