Капитальный ремонт осуществляют в соответствии с положением о проведении планово-предупредительного ремонта производственных зданий и сооружений, утвержденным в установленном порядке. При этом исправляют крупные повреждения и разрушения гидроузлов, каналов, заменяют конструкции гидромеханического и другого оборудования вследствие их износа, а также с целью повышения эксплуатационных возможностей узлов более прочными и экономичными. Капитальный ремонт подразделяют на комплексный, охватывающий сооружение в целом или комплекс сооружений, и выборочный, предусматривающий ремонт или замену отдельных конструкций гидротехнических сооружений. Чаще ремонт проводят выборочно по отдельным элементам.

План капитального ремонта, как и текущего, составляют на основании дефектных ведомостей, в которых указывают перечень гидротехнических сооружений, подлежащих ремонту, виды и объемы работ. Дефектные ведомости, заполняют по данным общего технического осмотра сооружений после паводка, внеочередных осмотров после аварий, стихийных бедствий и т. п., а также систематических наблюдений за состоянием и работой сооружений с использованием КИА. Для определения необходимости проведения капитального ремонта часто привлекают научно-исследовательские и проектные организации. Его выполнению предшествует составление проекта и сметы. Ремонтные работы в этом случае осуществляют хозяйственным или подрядным способом с привлечением специализированных организаций.