Для нахождения более правильного архитектурного решения был организован конкурс, в котором приняли участие следующие коллективы архитекторов: Архитектурный отдел Гидропроекта, Государственная мастерская Комитета по делам архитектуры (руководитель Л. М. Поляков), мастерская Союзтранспроекта (руководитель А. Н. Душкин), мастерская Управления по делам архитектуры г. Ленинграда (руководитель И. И. Фомин) и мастерская Управления по делам архитектуры г. Киева.

Жюри конкурса признало наиболее удачным проект, представленный мастерской под руководством Л. М. Полякова. Этот проект вместе с проектом, выполненным коллективом архитекторов Гидропроекта, был положен в основу для составления окончательного проектного решения. Окончательный архитектурный проект, по которому осуществлено строительство, выполнен авторским коллективом архитекторов Гидропроекта.

В утвержденном архитектурном проекте Волго-Донской водный путь решен как комплекс разнообразных по характеру и назначению сооружений. Наземные здания Волго-Дона, воздвигнутые на огромной территории протяжением 300 км, решены как единый архитектурный ансамбль, в который вошло около 100 сооружений.

Сооружения, выполненные в монументальных формах, соответствуют общей идее, отражающей большое народнохозяйственное значение стройки. Вместе с тем основой архитектурного замысла явилась идея величия исторических побед советского народа в боях под Сталинградом, которая отражена в триумфальных арках, воздвигнутых на входных шлюзах канала, в скульптурно-декоративных элементах зданий шлюзов, а также в монументах и барельефах, посвященных героям гражданской и Великой Отечественной войны.

Стилевая характеристика всех сооружений Волго-Донского комплекса разработана на основе русского классического зодчества.

Архитектурные детали (карнизы, сандрики, пояски, замковые камни, колонны и пр.) выполнялись заранее на заводах плит оболочек из бетона марки 170 с поверхностным отделочным слоем того же состава, что и для штукатурки фасадов. Всего на сооружениях капала было применено до 50 типов архитектурных деталей. Наружные и внутренние лестницы выполнялись сборными с железобетонными ступенями и покрывались слоем под фактуру стены или мозаику.

Скульптурные работы выполнены из материала трех видов: большая часть из чугунного литья, часть из бетона и часть из листового металла. Все крупные скульптурные изделия имеют металлический каркас.

При этом архитектурные средства не распылены по всей трассе канала, а сконцентрированы на главнейших участках, что способствовало более выразительному построению всего ансамбля. В общем ансамбле каждый гидроузел представляет собой законченный комплекс с благоустройством и озеленением, в который входят как гидротехнические сооружения, так и поселки.

Большинство наземных зданий шлюзов осуществлено по типовой технологической схеме, позволившей в значительной степени унифицировать архитектурно-строительные детали и вести строительство более современными индустриальными методами. Типизация архитектурных деталей, столярных изделий, металлических решеток, ограждений и деталей благоустройства позволила эти элементы заготовлять на заводах, что ускорило и удешевило производство архитектурно-отделочных работ.

В основном, правильно решая задачу синтеза архитектуры и скульптуры, как средство для отражения исторического значения района канала, авторы применили большое количество художественного литья в скульптурных композициях, якорях, декоративных решетках и элементах благоустройства территории

Два главных архитектурных объектов судоходных сооружений Цимлянского гидроузла, расположенных на территории Ростовской области являются объектами культурного наследия: здание управления верхней головы шлюза № 14, возведенное на подходе со стороны Цимлянского водохранилища, с монументом «Соединение пяти морей» (объект культурного наследия регионального значения)

и здание управления нижней головы шлюза № 15, построенное на подходе с низовья Дона (объект кульутрного наследия федерального значения).

Здание управления верхней головы шлюза № 14 представляет собой монументальную арку высотой 30 м. Такое архитектурное решение было вызвано желанием задекорировать ремонтно-аварийный затвор, постоянно находящийся в подвешенном состоянии между двумя зданиями верхней головы шлюза. Арка перекрыта   фронтоном   с  аттиком, который завершен четырьмя чугунными скульптурными композициями. Внутри арки расположены помещения: механизмов, электрохозяйства, пульта управления и служебные. Со стороны камеры шлюза к арке примыкают двухэтажные здания механизмов рабочих ворот с одноэтажными пристройками насосных и помещения судопропускников.

Архитектурные детали наружной отделки судоходных сооружений, как и всех других сооружений Волго-Дона, сделаны из сборного железобетона.

В непосредственной близости от арки шлюза № 14 на полукруглой набережной в честь соединения пяти морей построен монумент в виде ступенчатого постамента, в который вкомпонованы скульптурные изображения носовых частей корабля. На постаменте установлена большая, отлитая из чугуна, скульптурная композиция, выполненная скульптором С. Н. Волковым.

На оголовке восточной дамбы, ограждающей аванпорт, так же как и на подходе с низовья Дона, построены маяки по типу маяка, сооруженного у волжского входа в канал.

Сооружения шлюза № 15 завершают архитектурный ансамбль не только Цимлянского гидроузла, но и всего Волго-Донского комплекса со стороны Дона. Здания управления нижней головы этого шлюза представляют собой две башни высотой 30 м, которые увенчаны 8-метровыми скульптурами донских казаков на конях (скульптор Г. И. Мотовилов). Башни архитектурно решены как постаменты под конные статуи.

Двухэтажные здания управления верхней головы шлюза № 15 построены с небольшим отклонением от принятой для шлюзов типовой схемы. На торцовых фасадах со стороны верхнего бьефа установлены на кронштейнах двухколонные портики, обрамляющие прямоугольные оконные проемы.

Мосты через судоходный канал между шлюзами № 14 и 15 являются важной органической частью общей композиции судоходных сооружений. Каменные устои их отвечают архитектурной композиции всех сооружений гидроузла. Легкие арочные металлические фермы пролетного строения не препятствуют осмотру судоходных сооружений.