2007年，三峽工程按照設計可蓄洪至175米。這意味著長江流域形成了以三峽工程為骨干，由堤防、分蓄洪區等組成的較完善的防洪系統，中下游地區進入以“工程防洪”為主的新階段。但要體現三峽工程作為長江防洪關鍵工程的風范，必須迎接大流量洪水考驗。
2010年6月中下旬至8月31日，長江流域發生5次明顯的集中強降雨階段，分別為6月16～25日、7月8～16日、7月16～20日、7月21～25日和8月12～25日。受強降雨影響，渠江及漢江支流任河等支流發生了超歷史記錄的洪水，上游干流部分江段及烏江、湘江等支流發生超保證洪水，洞庭湖和鄱陽湖水系及滁河、水陽江等支流等主要江河分別發生超警洪水，干流九江以下江段長時間超警戒水位。此外，由于多區域大范圍發生大暴雨，長江多條支流及湖泊超警戒水位、多個大中型水庫超汛限水位、多個省市發生山洪災害、多個城市發生嚴重內澇、多處交通水利等基礎設施嚴重受損。根據長江委當年8月的統計數據，長江流域共有239個縣2549個鄉鎮受災，緊急轉移人口596449人，房屋倒塌8.27萬間，造成直接經濟損失229.88億元。
隨著雨帶移動并集中至長江上游地區，三峽水庫入庫流量迅速上漲。7月18日，三峽梯調中心水情預報顯示，一場峰值為每秒70000立方米的洪峰將于20日左右抵達三峽大壩。這是三峽工程建設以來最大的一場洪水！
7月20日8時，70000立方米/秒的洪峰抵達三峽庫區。通過三峽大壩的攔蓄，40%以上的洪峰被阻截在庫內，出庫流量被控制在42000立方米/秒以下，宜昌站最大流量為42000立方米/秒。沙市站最大流量35400立方米，最高水位42.58米，漢口站最高水位27.31米，沙市和漢口站均低于警戒水位，遠低于1998年最高洪水位。
如果沒有三峽工程，每秒70000立方米的洪峰到來時，荊江河段的防洪壓力就會超過1998年長江洪水，沙市水位將接近45.00米，荊江大堤很可能要分洪。荊江分洪區有五十四口閘門，可以蓄五十四億立方米水，一旦閘門開啟，五十四萬人就要被迫疏散，失去家園。因為有了三峽工程，盡管洪水流量比1998年還大，但洪峰經過荊江時，沙市水位以至于還沒有達到警戒，荊州人民安居樂業。三峽工程調節洪峰對荊江的防洪安全起到了決定性的作用。
荊江河段，歷來是長江乃至全國防洪的重點，是形勢最嚴峻的河段。明代荊江大堤基本形成，堤內是廣袤富饒的江漢大平原。多年來，荊江河道由于泥沙淤積不斷抬高，洪水位逐漸升高，而堤內由于泥沙已很少進入，造成地面與荊江洪水位有很大差距，目前已達到12—16米。如大堤潰決，數萬立方米每秒流量以十多米水頭傾瀉而下，將可能造成死亡數十萬人的毀滅性災害。荊江南岸是洞庭湖平原，如大堤潰決或被迫分洪，亦將造成極為嚴重的洪災。三峽工程建成以前，荊江河段依堤防只能防御十年一遇的洪水，運用荊江分洪工程，也只能防御二十年一遇的洪水。三峽工程全部建成投入運行后，荊江防洪標準已提高到百年一遇。
被荊江大堤所庇護的古城荊州，同樣面對歷史罕見的大洪水，2010年與以往相似年份比，反差明顯。一是勞力投入減少。98年高峰時，該市防守人數高峰期達到48萬人/天以上，2010年最高峰防汛人員為35608人；二是物資投入減少。1988年防汛共投入資金9.1億元。2010年汛期為2000萬左右；三是災害損失減少，1998年該市5個鄉鎮、195個村成建制被洪水淹沒，75萬人被迫緊急轉移，直接經濟損失達173.2億。2010年汛期，荊州市災害直接經濟損失37.68億，主要是因暴雨漬澇造成的。
地處洞庭湖核心區的湖南省岳陽市，2010年汛期城陵磯最高水位為7月31日的33.32米，超警戒水位0.82米，全市超警戒水位總堤長176公里。全市一線防洪大堤僅發生較大險情6處，只投入了少量的巡查和守護人員，全市防汛搶險消耗絕大部分用于防御暴雨山洪災害和內湖漬澇災害，一線防洪大堤抗洪搶險消耗僅1200萬元。如果沒有三峽水庫調蓄削峰，城陵磯洪峰水位將達34.5米左右，接近或超過保證水位（34.55米）。全市1068公里一線防洪大堤將全線超過警戒水位，長江干堤、藕池河大堤以及東洞庭湖區域一線防洪大堤等近300公里堤防將接近或超過保證水位。按此標準設防，全市每天需出動干部勞力10萬人，每天消耗器材折款需要700萬元以上。參照2002年標準，今年三峽水庫攔削洪峰，岳陽市至少減少防汛直接消耗1億元。
科學運用三峽水庫的防洪庫容，是馴服長江洪峰、保證下游安全的決定性因素。在2010年的蓄洪調度過程中，三峽水庫經歷了先降、后升、再降的過程，三峽工程也先后經歷了控泄、攔蓄、控泄的階段。7月17日，三峽集團按照長江防總要求，將三峽水庫下泄流量由每秒32000立方米增加到每秒34000立方米。三峽水庫水位遂從147.32米逐步消落，最低降至146.3米，為后期三峽水庫攔蓄洪水騰出了部分庫容。隨著入庫流量不斷上漲，7月19日，三峽水庫將下泄流量由每秒34000立方米逐步加大到每秒40000立方米，以應對即將到來的洪水。7月20日的特大洪峰過后， 三峽水庫按入庫流量的不同，以每秒40000立方米和每秒34000立方米兩個標準控泄，有效減輕了下游防洪壓力。
為什么不能將洪水全部攔在水庫中？三峽水庫雖然擁有221.5億立方米的防洪庫容，但由于長江洪量巨大，如果只攔不放，無法充分有效利用庫容，更不利于應對新一輪洪水。只有蓄泄結合，才能讓有限的防洪庫容常用常新，更好地循環“消化”一部分上游洪水，以保證下游安全。
