枣庄段运河在其形成、发展的过程中，由于地理环境及水源条件的相对稳定，不像有的河流那样变化多端，除其水系支流在不同历史时期稍有增减外，运河河道的变动并不太大。但是，各个历史时期对运河不同规模的整治，也使枣庄段运河发生一些变迁，比较大的有三次，即明代、清代和中华人民共和国建国以后。
明代动议开挖泇河的线路，最初并不在峄县。翁大立、朱衡、傅希挚等人都主张从徐州城北四十余里的境山、小浮桥一带向东经荆山河至泇口开挖一条运道，避开黄河的运道，由于争议太大未能实现。到了明万历二十二年（1594年），舒应龙凿韩庄中心沟，成功宣泄微山湖积水，泇河的选址才逐渐被认可。于是万历三十二年（1604年）李化龙大开泇河，枣庄段运河最初定型。无论是韩庄中心沟、峄县境内的泇运河，还是京杭运河枣庄段，都是在明时山东峄县的自然河流彭河的基础上开凿的。根据《峄县志》记载，彭河发源于峄县的白茅山玉华泉，在县城西南约50里处，距韩庄数里之遥。这条自然河流汇聚了附近几条山泉河流后顺地势向南十数里后再向东流去，其下游会氶水、泇河、武河、沂河汇入骆马湖入黄。万历二十九年（1601年）刘东星初步开成的泇河，其在山东境内的河段就是在韩庄中心沟基础上沿彭河自然河道的轨迹开挖的。万历三十二年（1604年）李化龙开通的泇河运道，在山东境内的河段是沿刘东星开挖的泇河河道拓宽加深而成的。到了万历三十四年（1606年）曹时聘任总河时，才将泇河运道截弯取直，如削除伸向河道的顿庄土堰，平掉大泛口南岸的淤沙滩堆，使泇河运道在山东境内的这段河道开始平直顺畅。
明代泇河运道
清代枣庄段运河河道改变不大，最大的变化是开挖了伊家河。清乾隆二十二年（1757年）开挖的伊家河，最初的目的是配合泇运河宣泄上游微山湖等处的积水。后来伊家河的作用得到了充分的发挥，不仅可以泄洪，而且对济泇、护泇及小型客、贷水运都提供了极大方便，曾经是苏鲁段运河航线的主要航道。清咸丰五年（1855年）以后河运渐衰，包括伊家河在内的枣庄段运河基本上处于淤塞状态，而枣庄运河的台儿庄段却因地势低洼，受下游骆马湖水顶托等原因，一直同江苏段运河保持着通航。 新中国建立后，枣庄段运河得到全面治理，特别是京杭运河主航道的韩庄运河，在1958年至1970年期间进行过三次大规模扩挖、浚深、河堤外展、河床加宽，原河道周边的村庄部分搬迁，河道走向发生了一些变化。如1958年4月动工治理的韩庄运河分四段进行：第一段是湖口至八里沟段，保留原泇河旧河道作为泄洪渠道，在旧河以南开挖新河；第二段是八里沟至巨梁桥段，除裁直巨梁桥旧河下一段河湾外，其余均沿旧泇河故道两岸扩大；第三段是巨梁桥至顿庄段，该段旧泇河故道全部保留作为运北山水泄洪渠道，在旧河南开挖新河；第四段是顿庄至涛沟桥段，该段沿旧泇河故道两岸扩大，使峄城大沙河在旧河以南入新运口。此次韩庄运河的整治使运河河床较前发生了变迁，河底加宽至60～80米，堤距增加到450～1000米。1963年由国家计划委员会批准的韩庄运河大规模治理工程再次开工，至1965年春竣工，共拓宽加深完成土石方1600万立方米，工日17500万个，总投资4000万元，10个村庄的1481户5924人完成了迁移。1970年再一次加宽河槽和部分退堤，并对运北、运南各支流同时进行取直加深，使运河泄洪能力提高、拦蓄能力增强。 20世纪七八十年代，枣庄段运河沿岸地区经济快速发展，滕州市微山湖东岸的向阳、岗头、辛庄，薛城区的沙沟及微山县的郗山等地的小型客货码头迅速崛起，运河扩容的形势迫在眉睫。于2001年、2006年先后沿京杭运河主航道开挖了13.9公里的滕州港支线进港航道和5.2公里的薛微线枣庄港支线进港航道，使枣庄段运河的航道里程由20世纪的80公里增加到99.1公里。
清代枣庄段运河河道改变不大，最大的变化是开挖了伊家河。清乾隆二十二年（1757年）开挖的伊家河，最初的目的是配合泇运河宣泄上游微山湖等处的积水。后来伊家河的作用得到了充分的发挥，不仅可以泄洪，而且对济泇、护泇及小型客、贷水运都提供了极大方便，曾经是苏鲁段运河航线的主要航道。清咸丰五年（1855年）以后河运渐衰，包括伊家河在内的枣庄段运河基本上处于淤塞状态，而枣庄运河的台儿庄段却因地势低洼，受下游骆马湖水顶托等原因，一直同江苏段运河保持着通航。 新中国建立后，枣庄段运河得到全面治理，特别是京杭运河主航道的韩庄运河，在1958年至1970年期间进行过三次大规模扩挖、浚深、河堤外展、河床加宽，原河道周边的村庄部分搬迁，河道走向发生了一些变化。如1958年4月动工治理的韩庄运河分四段进行：第一段是湖口至八里沟段，保留原泇河旧河道作为泄洪渠道，在旧河以南开挖新河；第二段是八里沟至巨梁桥段，除裁直巨梁桥旧河下一段河湾外，其余均沿旧泇河故道两岸扩大；第三段是巨梁桥至顿庄段，该段旧泇河故道全部保留作为运北山水泄洪渠道，在旧河南开挖新河；第四段是顿庄至涛沟桥段，该段沿旧泇河故道两岸扩大，使峄城大沙河在旧河以南入新运口。此次韩庄运河的整治使运河河床较前发生了变迁，河底加宽至60～80米，堤距增加到450～1000米。1963年由国家计划委员会批准的韩庄运河大规模治理工程再次开工，至1965年春竣工，共拓宽加深完成土石方1600万立方米，工日17500万个，总投资4000万元，10个村庄的1481户5924人完成了迁移。1970年再一次加宽河槽和部分退堤，并对运北、运南各支流同时进行取直加深，使运河泄洪能力提高、拦蓄能力增强。 20世纪七八十年代，枣庄段运河沿岸地区经济快速发展，滕州市微山湖东岸的向阳、岗头、辛庄，薛城区的沙沟及微山县的郗山等地的小型客货码头迅速崛起，运河扩容的形势迫在眉睫。于2001年、2006年先后沿京杭运河主航道开挖了13.9公里的滕州港支线进港航道和5.2公里的薛微线枣庄港支线进港航道，使枣庄段运河的航道里程由20世纪的80公里增加到99.1公里。