Над проектом работали около 20 лет более 160 организаций СССР, в том числе 48 проектно-изыскательских и 112 научно-исследовательских институтов (в их числе 32 института Академии Наук СССР), 32 союзных министерства и 9 министерств союзных республик. Было подготовлено 50 томов текстовых материалов, расчётов и прикладных научных исследований и 10 альбомов карт и чертежей. Руководство разработкой проекта осуществлял его официальный заказчик — Минводхоз. «Схему комплексного использования вод бассейна Аральского моря» готовил институт «Средазгипроводхлопок».
В 1968 году вступил в эксплуатацию оросительно-обводнительный канал Иртыш — Караганда, построенный по инициативе Казахского Научно-Исследовательского института энергетики. Этот канал можно рассматривать как выполненную часть проекта по обеспечению водой центрального Казахстана.
В 1976 году на XXV съезде КПСС был выбран конечный проект из четырёх предложенных и принято решение о начале работ по осуществлению проекта. В том же 1976 году Генеральным проектировщиком назначен Союзгипроводхоз, а обеспечение проектной деятельности включено в «Основные направления развития народного хозяйства СССР на 1976—1980 гг.»
Для рассмотрения ТЭО «Территориальное перераспределение части свободного стока рек Оби и Иртыша» при Госплане СССР была создана Государственная экспертная комиссия АН СССР, ГКНТ при Совете Министров СССР и Госстроя СССР. Комиссия одобрила ТЭО Минводхоза СССР.
14 августа 1986 года на специальном заседании Политбюро ЦК КПСС было решено прекратить работы. В принятии такого решения сыграли роль и многочисленные публикации в перестроечной прессе, авторы которых высказывались против проекта и утверждали, что он катастрофичен с экологической точки зрения. Группа противников переброски — представителей столичной интеллигенции — организовала кампанию по доведению до сведения людей, принимавших ключевые решения (Президиум АН СССР, Совет Министров), фактов грубых ошибок, допущенных при разработке всей проектной документации Минводхоза. В частности, были подготовлены отрицательные экспертные заключения пяти отделений Академии Наук СССР. Группа академиков подписала подготовленное активным противником проекта акад. А. Л. Яншиным (по специальности — геологом) письмо в ЦК «О катастрофических последствиях переброски части стока северных рек». Академик Л. С. Понтрягин написал личное письмо М. С. Горбачёву с критикой проекта.
По свидетельству Николая Байбакова, А. Н. Косыгин считал, что проект нанесёт непоправимый ущерб экологии
В дальнейшем проект должен был стать частью судоходного канала «Азия» (Карское море-Каспийское море-Персидский залив)