为了支撑香港、深圳和东莞三地经济的高速发展，从20世纪70年代到香港回归前，东深供水工程先后进行了三次大规模的扩建，其供水能力也从最初的年供水0.68亿立方米增至17.43亿立方米，更进一步承担起东深供水的特殊使命。

1998年，广东投入2.8亿元，在深圳水库入库口建成世界最大、日处理400万吨的生物硝化站，从东江引来的水，全部经过生物硝化站过虑、净化后再进入深圳水库输往香港。生物硝化站共有6条水体净化通道，每条通道有14万条生物填充料，水体经过填充料时，75%以上的氨氮和有机物将被吸收，水体净化效果非常明显。

为彻底解决东深供水工程沿线未经处理的污水流入东深供水河道、影响东深供水水质的问题，同时适当增加供水水量，广东于2000年投资49亿元，对东深供水工程进行全面改造，将供水系统由原来的天然河道和人工渠道输水改造为封闭的专用管道输水，实现清污分流。工程于2003年6月28日完工通水，年设计供水量24.23亿立方米。