秦统一后，在这里设置郡县，称为“河南地”，即泛指黄河（北河）以南的土地。“河套”的称谓，是从明代以后开始的。
在古代，黄河主流走北河，南河是支流。清朝道光以后，黄河主流和支流互换了位置。到后来，北河上部逐渐淤断，断流后上游段形成乌拉河，下游段形成乌加河，南河就正式演变为黄河了。
在清代，随着农垦事业的发展，后套因地势平坦、土质肥沃，被称为后套平原。到清光绪末年，后套平原的水利开发初具规模，形成八大干渠，民国期间进一步修整扩大形成十大干渠，地区成为著名的后套灌区。
1954年6月，绥远省建制撤销，并入内蒙古自治区。原绥远省陕坝专员公署改为一级政权，称为河套行政区，从此后套灌区改称河套灌区。
1958年6月，河套行政区并入巴彦淖尔盟，盟公署设于磴口县三盛公镇，河套灌区之名一直沿袭下来。
河套平原由自然条件决定了其没有灌溉就没有农业，灌溉有黄河水资源可资保证，但却深受风沙、洪水等自然灾害的威胁。
黄河河套段因气温原因，每年12月中旬要冰冻，第二年3月中旬自上而下消融解冻，开河流凌形成凌汛。凌汛期间，河中窄弯处最易扎结冰坝，壅高水位，溢岸串决，发生水灾。建国初期，当巨大的黄河冰凌阻塞“几”字弯河道时，国家派飞机炸凌排险，疏通河道。以后在凌汛期，都炸开冰坝，消除水位壅高的现象。
1975年8月5日，河套地区突降暴雨，引起狼山六十多条山沟山洪同时暴发。其中，乌兰补隆沟洪水流量达四千立方米每秒，历时三十多个小时。这场山洪不但淹没了总排干以北地区，也溢过总排干淹没农田十九万多亩，损失粮食近两千万斤及牲畜九千多头，冲倒房屋七万余间，还破坏了很多水利工程，国家派出飞机救灾。
河套地形是西高东低，南高北低。历史上北河湮灭，改流南河，才有可能利用自然地形，沿西南东北走向大规模开渠引水灌溉。南北河的变迁与河套平原水利开发有很大关系。北河断流后，这一段天然的河道仍然保留着较深的河槽，为河套灌区提供了一个优良的总退水通道，即乌加河，之后改造的总排干沟。
古代的河套地区，是汉民族与北方少数民族交错居住的地区，也是农业与牧业交替发展的地区。河套地区的开发始于秦始皇开发“北假”地区。“北假”地区就是今天的内蒙古河套以北、阴山以南的夹山带河地区。秦人为了保证北击匈奴三十万大军的粮草供给，利用黄河沿阴山奔流以及良好的地下水补给及气候条件，移民十万人口开发“北假”地区，攻取“河南地”，并沿黄河设置三十四县，当时河套地区系九原郡。
汉武帝时期，汉武帝发动巨大民力，兴修水利。匈奴南下，汉武帝派卫青、霍去病多次征战，打败匈奴，为发展朔方、五原郡地区的农垦水利提供了条件，西汉时期，三次从内地移民一百四十五万人，设置郡县。
唐朝时期，河套地区的农田水利，同全黄河流域一致，在开元、天宝与元和年间有显著发展。《中国古代史》里说，河套地区是“振武，天德良田，广袤千里”，河套平原的大片农田被开垦种植。
明代后期，河套地区主要是蒙古族的驻牧地区，口内的农民以“雁行人”的办法，春来秋回流动垦种土地，犹如当今内蒙古大草原上牧民冬盘与夏盘倒盘放牧一般。
在清康乾时期，“雁行人”的规模有所扩大，小规模垦荒耕种和小范围开发水利始终存在。
清朝继康熙后至道光中期的一百多年内，来河套谋生的“雁行人”继往开来，逐渐演变为开发河套水利的三股力量。第一股力量是清公主的“欲治菜园地”，第二股力量是为打鱼而来的“朽槔取水”，第三股力量是来河套做生意的“就河引灌”。
虽然说清朝中期以前的河套水利开发只是星星点点，但却揭开了近代河套水利开发的序幕。这一序幕，经历了长期的酝酿准备过程，跨越了两三个世纪。
清道光年间是近代河套水利开发的起点。道光修改了康熙规定的禁止汉人进入河套垦种的命令，招商垦种，导致来河套谋生的人络绎不绝。道光三十年，即公元1850年，北河断流，南河成了黄河河道，这对河套水利开发极为有利。它既使河套平原上若干沼泽化地段有条件疏干，便于开垦，又使人们可以利用河套地形，布置渠道，自南而北从黄河上开挖渠道，引水灌溉。这一时期开创了河套水利开发的新纪元。
首先开挖的是今临河以北、以西的最早的一条干渠——缠金渠。缠金渠长不过十五里，口宽不过一丈，是永济渠的前身，其开挖在史上被称为是河套水利开发的一次奠基礼。从此以后，众多地商竞相在广阔的河套平原上开展开渠活动。至光绪末年以前正式形成八大干渠，即历史上有名的永济渠（缠金渠）、刚济渠（刚目渠）、丰济渠（中和渠）、沙和渠（永和渠）、义和渠（王同春渠）、通济渠（短辫子河渠）、长济渠（长胜渠）、塔布河渠。另外，还在黄河上直接开挖了三十一道小干渠。到宣统三年，即1911年，河套新开垦土地已是“阡陌相望，年复一年”，在水利开发方面形成大小干渠近四十道。大者灌溉千顷以上，小者灌溉几十顷至百顷以上，共灌田一万多顷，平均每人耕地三十六亩，可以说，河套水利灌溉已初具规模。
清末，正当河套水利以前所未有的速度蓬勃发展的时候，丧权辱国的《辛丑条约》签订，清政府被迫让贻谷办垦，实行官办水利。
