20世紀50年代，在我國規模空前的水利建設中，張光鬥淵博的學識、傑出的才幹得到了充分的施展和發揮。
官廳水庫位於河北省張家口市懷來縣，官廳水庫工程局成立於1949年年底。經張任教授推薦，張光鬥到官廳水庫工程局任工程顧問。作為新中國建設的第一座大型水庫，它格外受重視，毛主席、周恩來、朱德、陳雲、鄧小平都先後到此視察。張光鬥參加了官廳水庫樞紐規劃，和土壩、溢洪道、泄洪洞的設計。由於缺少年輕有為的工程技術人員，他和張任每周六都去工程局工作。一次，張光鬥的老朋友蘭蔭寫信來，要他給剛在美國衣阿華州立大學研究院獲得理科碩士學位的馮寅介紹工作。蘭蔭是張光鬥在美國墾務局一起共事過的朋友，馮寅畢業後也在聯邦墾務局工作過。於是，張光鬥就把馮寅介紹到官廳水庫工程局工作，後來兩人合作得十分愉快。當然，大多數時間張光鬥還是在清華負責日常工作。
春節後，水利部請張光鬥、須愷、劉鍾瑞、李維弟、馮寅等人到官廳水庫做地址勘察。那日，懷來縣漫天大雪，寒風刺骨，堵住了他們的路途。張光鬥隻好買了一瓶二鍋頭在旅館驅寒。次日清晨，他們騎著毛驢上現場，晚上住在山頂的小破廟裏，奇冷無比。就在這樣艱苦的條件下，他們仔細勘測了壩址的地形條件，確認土壩設計的原方案可以使水庫具備防水、供水的功能，先修水庫，以後再造水電站。
1950年冬，張光鬥跟隨施嘉煬副院長考察了吉林豐滿水電站和沈陽東北水利總局。他們還去了申窩水庫工地，在看了當地的壩址地形和地質條件之後，注意到當地可利用鵝卵石做粗骨料的優勢，提出修建百米高的混凝土重力壩的建議。在大夥房水庫，張光鬥幫助設計了土壩、旁側溢洪道、泄洪隧洞兼發電洞和調壓井。
1951年，張光鬥負責黃河下遊第一座引黃灌溉工程——黃河人民勝利渠的設計任務，他首次大膽嚐試，破堤取水，將滔滔黃河水引入兩岸的農田，為下遊的引黃灌溉開辟了新路。
總之，張光鬥常年出差在外，足跡遍布祖國的大江南北。他先後指導參與的工程有河南涇洛河水電站、廣東新豐江水電站、甘肅劉家峽水電站、四川紫坪鋪水電站、黃河三門峽工程、浙江甌江水電站、黃河龍門水庫、湖北丹江口工程、黃河陸渾水庫、四川秀灣水電站和漁子溪水電站。他還參加過一些發生事故的水利工程的善後處理工作，比如曾誘發地震的廣東新豐江水電站、北京永定河馬嶺水電站河岸滑坡和三門峽水庫的泄洪排淤，等等。
建國初期，在張光鬥指導設計的工程中，最為著名的就是密雲水庫。
1958年，全國開展“大躍進”，大搞水利建設，京郊大地到處轟轟烈烈，先後建成了十三陵水庫和懷柔水庫。可是這兩座水庫庫容不大，隻能有限地解決北京的用水問題。當時北京附近的兩條河流即潮河和白河直接威脅北京、天津和河北省北部廣大地區的安全，於是，在大搞水利建設的形勢下，修建密雲水庫被提上了議事日程。
張光鬥（左三）在密雲水庫調研密雲水庫位於北京市東北部、密雲縣中部。修建密雲水庫是北京市委主持的工程項目，中央有關部門先把密雲水庫的潮河部分交給了清華水利係。
清華水利係負責的潮河水庫主壩址在南堿廠。為做好設計及施工工作，水利部派出以總工程師馮寅為首的權威專家組長駐工地，而水利係幾乎所有的師生都投入到了密雲水庫的設計工作之中，學校還組織了電機係、建築係、土木係的一些教師協助工作。設計組以張光鬥教授為首，學生則以1958年畢業班為骨幹，一起負責密雲潮河部分的初步設計工作。這項工程設計作為58屆同學的畢業設計，可稱得上是“真刀真槍”。
經過水利係和相關工作人員仔細地現場勘察，發現此次工程相當複雜，規模上也超過了以往的任何一次。師生們做過的工程較少，經驗不夠豐富，要他們承擔如此的重任，張光鬥心裏很是沒底。
周總理視察密雲水庫1958年6月，“真刀真槍畢業設計”出爐了。7月，張光鬥代表水利係向市委和市政府報告了密雲水庫的潮河設計方案。經過推算，他們認為潮河水庫設計在技術上是可行的，建成之後實際效益巨大。一方麵，水庫建成後，可將潮白兩河下遊的防洪標準提高到300年一遇；另一方麵，它還能為北京市供水供電，水流量可達28.1立方米每秒，預計灌溉農田400萬畝，發電裝機9萬千瓦。這次彙報得到了市委領導的肯定和支持。
密雲水庫也得到了中央政府的高度重視。7月26日，張光鬥得到通知，讓他速去潮河壩址，因為周總理將親自來勘察現場。密雲水庫是首都主要飲用水源基地，是華北地區最大的水利工程，最大水麵188平方公裏，蓄水量43.75億立方米，相當於40個金海湖、50個懷柔水庫、80個十三陵水庫、150個昆明湖，首都市民每喝三杯水中，其中就有兩杯來自密雲水庫。敬愛的周恩來總理對密雲水庫的修建傾注了無數的心血。總理仔細勘察了地形，認真聽取了張光鬥等人關於潮白河曆史災害和修建水庫規劃設想的彙報後，還提出問題與大家共同磋商，經過仔細推敲、認真論證和優化對比，最後同意了潮河主壩與九鬆山副壩的規劃壩址。之後，周總理還向張光鬥詢問國外水庫建設的情況。
總理問，是否白河水庫與潮河水庫必須同時修建？回答是肯定的，因為白河與潮河水庫必須同時運行才能發揮作用。周總理建議兩個水庫由同一家單位設計。於是，經北京市委同意，白河水庫的設計任務也交給了清華水利係。之後，總理又來過兩次。因為水庫建設要淹沒16萬畝耕地和遷移4萬餘農民，總理親自訪問水庫地區農家的生活生產情況，千叮嚀萬囑咐，要北京市委做好水庫的移民工作，保障農民遷移後生產生活的順利進行。