Однако самым коротким путем, соединявшим «хлебные» губернии России с Петербургом, стала Вышневолоцкая водная система. Бурная Ладога соединена посредством реки Волхов с озером Ильмень. Следовательно, путь от Ильменя до Петербурга – открытый. В Ильмень со стороны Волги впадает река Мста, вытекающая из озера Мстина, неподалеку от которого, недалеко от нынешнего Вышнего Волочка, находятся истоки реки Тверцы, впадающей под Тверью в Волгу.

История строительства нового водного пути началась 12 января 1703 г., когда Петр I подписал указ о строительстве канала между реками Цной и Тверцой. Место для строительства канала было частью старого торгового пути – это был древний волок, соединяющий Тверцу и Цну и давший название селению Вышний Волочёк. Руководство строительством было возложено на царского стольника князя М.П. Гагарина. Техническое руководство осуществляли десять голландских мастеров во главе с Адрианом Гаутером. К работам согнали до 6 тысяч крестьян.

Строительство канала длиной 2811 м и шириной 15 м с двумя шлюзами было закончено весной 1709 г. Существующий и сегодня канал получил имя Гагаринского (в честь руководителя строительства князя М.П. Гагарина), а затем Тверецкого.

Гидротехническая система, устроенная голландцами, была весьма простой: раздельный бьеф состоял из Тверецкого канала, запертого в сторону Тверцы шлюзом (на месте нынешнего водоспуска), и небольшого участка Цны, запертого в сторону Мсты вторым шлюзом (на месте нынешней Верхнецнинской плотины). Раздельный участок питала только Цна.

Уже летом 1709 г. выяснилось, что канал построен неправильно: воды для свободного хода судов не хватало. Голландские инженеры неправильно рассчитали необходимый запас воды для питания раздельной части системы, шлюзы были заложены слишком низко и не обеспечивали требуемый подпор. Суда в основной массе не успевали пройти путь за год, а частично и разбивались на наиболее опасных порогах. Особую проблему представляло прохождение Боровичских шлюзов на Мсте. Канал содержался неудовлетворительно, сооружения быстро обветшали, фарватер был закрыт заносами. В 1718 г. река Цна обошла существующий шлюз, после чего система перестала регулироваться и стала несудоходной.

26 июня 1719 г. Петр I издал указ об отдаче новгородскому купцу М.И. Сердюкову в содержание Вышневолоцкого судоходного пути. Сердюкову принадлежало несколько удачных технических идей. Первая состояла в том, чтобы перегородить течение Шлины, впадавшей в Цну ниже шлюзов, и заставить ее слиться с Цной на участке между шлюзами, что увеличило бы уровень воды в Тверецком канале, а также позволило бы направлять воды Шлины и в сторону Цны – Мсты, и в сторону Тверцы, в зависимости от открытия гидротехнических сооружений.

Второй идеей было создание нового канала со шлюзом, обходящего извилистый, неудобный для судоходства участок Цны, а на месте существующего шлюза на Цне устроить бейшлот (плотину со шлюзами), обеспечивающий необходимый уровень воды в Тверецком канале.

Третьей идеей было перекрыть реку Цна плотиной выше Тверецкого канала, что должно было образовать первое в России водохранилище. Самый же необычный замысел был в том, чтобы перевести страдавший от дефицита воды водный путь на периодический режим работы, попеременно накапливая воду в водохранилище и выпуская ее. Такая инженерная практика ранее в России не применялась.

В 1722 г. система пришла в работоспособное состояние. Плотина же с водохранилищем была закончена в 1741 г.

На Балтийское море Петр Великий собирался везти грузы через Петербург, Кронштадт и систему северных каналов, а в Черное море – через реку Дон, крепости Азов и Таганрог и систему донских каналов.