Основным регулирующим водоемом в бассейне реки Дон является Цимлянское водохранилище многолетнего регулирования полным объемом 23860 млн. куб. м.
Цимлянское водохранилище имеет общую длину 281 км, причем большая его часть (197 км) находится в пределах Волгоградской области, а 84 км - на территории Ростовской области. Водохранилище простирается от плотины гидроэлектростанции (далее - ГЭС) по створу Цимлянск - Волгодонск до станицы Трехостровской. Подпор от Цимлянского водохранилища распространяется до р. Иловля.
Наполнение Цимлянского водохранилища происходит в основном за счет стока талых вод весеннего половодья с территории бассейна, расположенного выше г. Калач, а также за счет приточности по рекам Карповка, Донская Царица, Мышковка, Чир, Аксай Есауловский, Аксай Курмоярский и Цимла. Суммарный среднегодовой сток боковых притоков водохранилища (составляет 1,1 куб. км) не превышает 5 процентов от общего притока и снижается в маловодные годы до 0,2 куб. км. Внутригодовое распределение стока характеризуется крайней неравномерностью. Доля стока весеннего половодья (3-5 месяцев) составляет от 70 до 90 процентов, сток в летне-осенний и зимний периоды колеблется от 10 до 30 процентов.
Периоды летне-осенней и зимней межени отличаются более или менее равномерной водностью: доля летне-осенней межени составляет порядка 13 процентов от годового стока.
Также на территории области расположен Манычский каскад, включающий Пролетарское (0,87 куб. км), Веселовское (0,19 куб. км) и Усть-Манычское (0,07 куб. км) водохранилища, который был построен в 30-х годах прошлого века и предназначен для целей судоходства, энергетики, рыболовства и орошения земель. Кроме местного стока в Маныч в объеме около 0,5 куб. км в год подается кубанская (по руслу р. Б. Егорлык) и донская (по Донскому магистральному каналу) вода.
Веселовское водохранилище служит аккумулятором пресной донской воды, используемой для орошения, а также водоприемником дренажно-сбросных вод, поступающих с орошаемых земель Ставропольского края, минерализация которых достигает 3-4 г/л. В последние годы водохранилище теряет свое значение как надежный источник для орошения, поскольку минерализация его вод повысилась до 2,5 г/л. В настоящее время стоит проблема рассоления воды в водохранилище.