1959年的汛期，潮白河再发历史大洪水。1959年7月的第一次洪峰就冲毁了围堰；进入8月，上游连续暴雨，入库流量达每秒3100立方米。已建成的水库大坝把洪峰流量消减到只剩十分之一下泄，拦蓄了8亿多立方米的洪峰水量。1960年9月建成。密云水库建设工程由清华大学水利系设计，北京、天津、河北的大量民工、水利电力部工程局参与建设。密云水库兴建时的目的是防洪、灌溉、发电、养鱼。当时北京城区供水靠地下水及官厅水库就足以解决。1974年，水库蓄水量达到32.44亿立方米。1975年增设第三溢洪道。1976年7月