Inaugurado en 1789, el Tajo de Nochistongo representó, para su época, una de las obras monumentales de la Nueva España. Sin embargo, pese a la enorme magnitud del proyecto y a los 182 años que tomó su construcción, únicamente logró desalojar las aguas del río Cuautitlán, sin resolver el drenaje de los grandes lagos del Valle de México: Tenochtitlán, Texcoco, Tláhuac y Xochimilco.
Aunque el problema de las inundaciones disminuyó parcialmente, nunca dejó de ser una amenaza permanente para la región y las lluvias intensas continuaron provocando severas afectaciones a viviendas y cosechas, interrupciones en el comercio, deterioro de las condiciones sanitarias y daños en caminos y puentes, entre muchos otros estragos. Resultaba evidente que las antiguas obras virreinales habían sido rebasadas y comenzó a consolidarse la idea de que el problema hidráulico del Valle de México requería una solución integral y de gran escala.
En el contexto de la intervención francesa, entre 1864 y 1867 coexistieron en México dos gobiernos: el republicano, encabezado por Benito Juárez, quien nunca renunció a la presidencia constitucional y mantuvo un gobierno itinerante en distintas regiones del país; y el Segundo Imperio Mexicano, encabezado por Maximiliano de Habsburgo, que ejerció funciones de gobierno en los territorios controlados por el ejército francés e imperial.
Al llegar al poder en 1864, Maximiliano encontró que el problema de las inundaciones seguía siendo crítico. Influido por los modelos europeos de urbanismo e ingeniería, decidió impulsar un ambicioso proyecto para modernizar la infraestructura hidráulica de la capital. Fue entonces cuando se retomó el proyecto del Gran Canal del Desagüe, originalmente planteado por Francisco Garay, quien quedó a cargo de una obra que incluía el Gran Canal, el túnel y el tajo de Tequixquiac. Los trabajos comenzaron en julio de 1866.
Mientras Maximiliano gobernaba desde la Ciudad de México, Benito Juárez encabezaba una resistencia política y militar que nunca reconoció la legitimidad del Imperio. Sin embargo, el escenario internacional modificó rápidamente el curso de los acontecimientos. Ante el ascenso de Prusia y las tensiones que desembocarían en la guerra franco-prusiana, Napoleón III decidió retirar sus tropas de México para concentrarlas en Europa. Sin el respaldo francés, el Imperio quedó debilitado y finalmente fue derrotado por las fuerzas republicanas. Maximiliano fue capturado en Querétaro y fusilado el 19 de junio de 1867.
Tras la caída del Imperio, las obras del Gran Canal quedaron inconclusas. No obstante, los gobiernos republicanos retomaron posteriormente el proyecto debido a que las inundaciones continuaban afectando gravemente la capital. La continuidad y el mayor impulso de la obra se dieron durante el gobierno de Sebastián Lerdo de Tejada y, sobre todo, en el porfiriato.
El proyecto moderno del Gran Canal inició formalmente en 1886 y fue inaugurado por Porfirio Díaz el 17 de marzo de 1900. La obra fue considerada una de las más importantes del porfiriato, ya que permitió reducir de manera significativa las inundaciones crónicas que durante siglos habían afectado a la Ciudad de México.
El Gran Canal favoreció la expansión urbana y el crecimiento de las actividades comerciales e industriales. Sin embargo, con el paso del tiempo comenzó a perder capacidad de desalojo debido a un fenómeno que se intensificó durante el siglo XX: la proliferación de pozos, la sobreexplotación del acuífero y los hundimientos diferenciales de la Ciudad de México. Estos hundimientos redujeron gradualmente la pendiente original del canal hasta limitar severamente su funcionamiento hidráulico, haciendo necesaria, nuevamente, una gran obra de infraestructura para resolver el problema del drenaje y las inundaciones de la capital del país.