1914年（大正3年）6月、八田與一は技師に昇進し、土木課衛生工事係に配属されました。衛生工事係は、台湾の各都市にある上水道や下水道工事を行う部署で、都市住民に安全な飲料水を提供し、下水道工事によって伝染病の蔓延を防ぐ重要な役割を担っていました。日本の台湾統治前後、台湾にはマラリア、赤痢、コレラ、ペストなどの流行病が蔓延しており、第4代総督の児玉源太郎と後藤新平が就任する以前は、台湾に赴任する日本人官吏の多くが単身で来台していました。それは、気候要因に加えて感染症の蔓延も主な理由でした。
　　当時の台湾総督であった乃木希典大将が台湾総督に就任して台湾に来る際、母親が同行を希望したので、台湾への同行を許可しました。残念なことに、母親はマラリアに罹患し、命を落としてしまいました。
　　台湾の極度に汚染された衛生環境を改善するために、イギリスの専門技師バートンを台湾に派遣し、台湾の上水道と衛生排水施設の建設を支援してもらうことにしました。パットンが台湾に来た際、日本人の若手助手である濱野彌四郎を同行させました。しかし、不運にも遠くイギリスから台湾の上水道工事改善のためにやってきたバートン技師も、赤痢とマラリアに感染して倒れてしまいました。その後、パットンのお気に入り弟子であった濱野彌四郎氏が後継者となり、建設をし続きました。当時、濱野氏は八田與一の上水道工事に関する知識と浄土工事の経験を育成するため、彼に台南水道工事の技師を担当させました。
　　台南の水道水の水源は曾文渓から引水されました。このような水道工事の建設を行う機会を通じて、八田與一は台南の環境と曾文渓のあらゆる状況を徹底的に熟知することができました。上水道の引水、暗渠、明渠、水利工事の施工など、多くの専門知識を学び、深い経験を積みました。これらの経験は、後に彼が灌漑工事に従事する際に大いに役立ち、特に嘉南大圳の計画立案時には、巧みに発揮することができました。
　　八田與一が濱野技師の下で1年間働いた後、1915年（大正4年）に安東貞美大将が佐久間総督の後任として台湾の新総督に就任し、民政長官には下村宏が就任しました。彼は自由に自分の理想に合わせて才能を発揮することができ、彼の明晰な見解があったからこそ、嘉南大圳の建設が実現したのです。

　　濱野彌四郎の指導の下、台南工事に従事していた八田與一は、1916年（大正5年）5月に総督府から命令を受け、ジャワ島（JAVA、現在インドネシアの島）、ボルネオ島（マレー諸島の島）、セレベス島（現在インドネシアの島）、シンガポール、フィリピン、厦門（福建省内）、香港など東南アジア諸地の水利施設を視察するよう命じられました。2ヶ月間の視察を経て、総督府に詳細な視察報告書を提出しました。
　　報告書提出後、8月に総督府は人事異動を発表し、八田與一は土木課監察係に派遣され、発電と灌漑の工事業務を担当することになりました。そのため、濱野技師と共に取り組んでいた台南水道工事の現場を離れざるを得なくなりました。
　　明治末期から、日本本土の米の生産量が需要に追いつかない状況が深刻化しており、台湾と朝鮮という二大植民地が重要な米の供給源となっていました。台湾の在来種の米は日本人の口に合わなかったものの、混合米として使用することができ、需要がありました。総督府民政部土木局は、台湾島内の米の生産量を増やすため、水田として利用可能な土地を探し、灌漑工事を建設する計画を立案しました。
　　総督府内では、1915年（大正4年）に水利事業を再検討した結果、特別な良策がないと判断し、桃園台地に灌漑工事を建設することを決定しました。当時、桃園埤圳（後に桃園大圳と呼ばれる）と名付けられたこの灌漑工事は、2万2000甲の水田を灌漑する計画でした。土木局は、この工事の設計を八田與一を中心とする若手技師たちに委託しました。
　　桃園埤圳工事に参加した八田與一は、若手技師たちと共に桃園の山間部に入り、調査・測量を行いました。短期間で基本設計書を完成させました。
         桃園埤圳計画は総督府の承認を得て、1922年（大正11年）に着工しました。工事には7か所のトンネル（総延長14.6キロメートル）、13か所の暗渠・明渠（総延長5.3キロメートル）、231か所の貯水池、総延長282キロメートルの水路が含まれていました。工事は9年を要して完成し、工事費は774万4000余円を要しました。この水利工事は、完全に官営で建設された最後の埤圳工事となりました。ここで言う埤圳とは、中国語に由来する言葉で、埤は農業用の貯水池を、圳は水路を意味します。

　　八田與一は1919年（大正8年）3月に、80余名の技術者を率いて嘉南平原に赴き、灌漑面積として予定されている15万甲の土地の測量を行いました。半年以上にわたり、全員が朝6時から夜11時まで働き続けました。この調査は時間との勝負でした。遅くとも10月までにすべての文書を作成し、帝国議会の審査に付し、承認を得て予算を組むことが必要だったのです。15万甲という広大な面積の水路測量、官田渓ダムの測量、曾文渓からの引水測量、さらに各工事費の見積もりなど、すべての調査において迅速かつ確実な作業が求められました。酷暑の嘉南平原での作業は、まさに厳しい試練でした。多くの技術者が途中で病気になり、現場を離れて台北で治療を受けざるを得なくなりましたが、八田與一は最後まで踏ん張り、10月4日にようやくこの困難な調査作業を完了しました。 
　　この灌漑地域の測量で彼らが利用できたのは、後藤新平民政長官時代に完成した2万分の1の堡図だけでした。測量の際、多くの誤差や間違いが発見されましたが、時間の制約があったため、大局に影響のない部分については堡図をそのまま使用し、再測量は行いませんでした。これは八田與一が細部にこだわらず、大局から判断した決定でした。しかし、この堡図の誤差や間違いのために、嘉南大圳が完成した当初、灌漑可能な面積は13万6230余甲にとどまりました。その後、灌漑システムの改良に努めましたが、14万甲をわずかに超える程度で、当初予定の15万甲には到達しませんでした。
　　八田與一の工事計画書では、嘉南平原の灌漑に使用する水源として2か所が挙げられていました。1つは当時の台南州と台中州の境界を流れる濁水渓です。濁水渓は河川に泥砂が多く含まれていたため、濁水渓流域にダムを建設せず、直接取水する方式を採用しました。しかし、直接取水にも泥砂の堆積問題が発生するため、八田與一は濁水渓の取水口を林内第一取水口、林内第二取水口、中国子取水口の3か所に設計しました。3か所の取水口から取水された水は途中で1つの河川に集められ、濁幹線水路に流れ込みます。また、林内第一導水路の途中には発電所が設置され、烏山頭工事現場に電力を供給していました。前述のように濁水渓の取水口が3か所あるため、1か所が堆積で閉塞しても、他の2か所から取水できるようになっており、完全な断水のリスクを軽減しました。実際、濁水渓側の工事が完成し送水を開始すると、泥砂の堆積は非常に深刻で、頻繁な浚渫が必要となり、濁水渓の水が非常に濁っていることが証明されました。濁水渓から取水された水は、濁幹線を通じて各支線・分線に分配され、当時の斗六、虎尾、北港の3郡下、約5万2000甲の広大な土地を灌漑する計画でした。
　　もう1つの水源は、嘉南大圳の心臓部とも言える大貯水池で、後に烏山頭ダムと呼ばれる土堰堤で建設された大規模な人工湖です。このダムの水で約9万8000甲の土地を灌漑する計画でした。八田與一は、台湾第4の大河である曾文渓の最も河口に近い支流・官田渓の上流、烏山頭と呼ばれる場所で官田渓を堰き止め、大堰堤を建設する計画を立てました。完成すれば、貯水能力1億5000万トン、満水面積13平方キロメートル、最大水深32メートルの大規模な人工湖となる予定でした。この巨大な人工湖に十分な水量を貯めるには、官田渓の集水面積が58平方キロメートル、流域の年間平均降水量が2500ミリメートルでは、天然の雨水だけでは不十分でした。また、単に貯水するだけでは意味がなく、灌漑に使用しなければなりません。毎年の必要水量は、乾季にあたる嘉南平原の10月から翌年4月までの長期間に4億トンにも達します。そのため、貯水池が完成しても、年間を通じて継続的に給水するには、他の豊富な水源からの補充が不可欠でした。八田與一が計画した取水対象は曾文渓でした。曾文渓は玉山・阿里山南麓に源を発し、全長137キロメートル、流域面積1220平方キロメートル、年間平均流量12億トンを誇る河川で、官田渓の大貯水池への引水には十分な余裕がありました。しかし、官田渓と曾文渓の間には烏山嶺が横たわっており、引水は容易ではありませんでした。この問題を解決するため、八田與一は烏山嶺の下にトンネルを掘り、このトンネルを利用して曾文渓の水を大貯水池に引き入れる計画を立てました。このトンネルは長さ3078メートルに及び、明渠・暗渠を加えると総延長3800メートルに達しました。
　　官田渓の水と引水された曾文渓の水を貯める貯水池のために、八田與一が設計した堰堤は、総延長1273メートル、底部幅303メートル、頂部幅9メートル、高さ56メートルで、土堰堤のため使用された土砂礫は540万立方メートルに及びました。当時の日本国内では、高さ33メートルを超える堰堤はほとんど見られず、しかも長さが1200メートルを超えるものはなおさらでした。そのため、八田與一がこの堰堤計画を発表したとき、他の技術者たちは皆、その規模の壮大さに驚嘆しました。
　　八田與一が完成した設計予算書案を携えて台北の総督府に戻ったとき、嘉南平原灌漑水利工事の建設を決定した明石元二郎総督が10月24日に福岡で病死したという知らせを聞きました。それだけでなく、以前の上司である濱野彌四郎も台湾総督府を離れ、日本本土の神戸市長に就任していました。しかし、八田與一はもはや人生において避けられない生き別れや死別に個人的な感傷に浸る暇はありませんでした。彼は速やかに案件を提出し、審議に付して承認を得ました。台湾総督府はこの灌漑工事計画について以下のような発表を行いました：
　　1.灌漑面積は15万甲。 　　
         2.水源は官田渓貯水池および濁水渓からの直接取水を利用。
　　3.工事はすべて利益関係団体が行い、政府は補助金を交付し工事の進行を監督する。
　　4.本事業の経費は4200万円で、うち3000万円を利益関係団体が負担し、残りの1200万円を政府が補助する。補助金は大正9年（1920年）から6年間に分けて交付する。
　　
　　この工事は、田総督の承認を得てから2日後、嘉南平原で正式に着工しました。9月には総督府土木局長の山形要助が管理人に、台南州知事の枝德二が副管理人に就任しました。東京の帝国議会で承認を得てから着工までの期間は2か月に満たず、着工当初は多くの役職の人選が決まっていませんでした。重要な事務部長と建設部長の職は、それぞれ理事の渡部友吉と技師の八田與一が代行していました。また、この大規模工事全体を監督・指導する技師長の人選も決まっておらず、代理や代行も行われていませんでした。しかし、最も重要な事実は、幾多の試練と待機を経て、嘉南大圳灌漑事業がついに着工したということでした。