水土流失也严重影响着水源区生态环境的可持续发展。据第二次全国土壤侵蚀遥感普查成果，水源区水土流失面积占土地总面积的53.11%，强度以上流失面积占流失面积的30.41%，年均土壤侵蚀量1.82亿t，平均侵蚀模数为3517t/(km2·a)，土地荒漠化以近100km2/a的速度发展(胡甲均等，2003)。林地砍伐退化是水源区土壤侵蚀的主要原因，地质、气候条件的不利组合加大了侵蚀力度。汉江流域山高坡陡，岩层松散，加上降雨集中、多暴雨，极易产生水土流失。水土流失多发生在低山、丘陵区的坡耕地、荒山荒坡和疏残幼林地以及开发建设项目施工过程中的裸露地面上。水源区土壤侵蚀类型以水力侵蚀为主，局部地区有滑坡、崩塌等重力侵蚀及泥石流。水力侵蚀以面蚀为主，沟蚀多发生在河流阶地、冲洪积扇、深厚的残坡积层，以及岩性松软的页岩和风化易蚀的片麻岩、花岗岩出露区。水土流失主要分布在丹江口库区及周边地区、汉江干流两岸和汉中盆地周边地区(胡甲均等，2003)。严重的水土流失造成耕地损失；泥沙淤积库底，降低有效库容与水源调节能力；同时作为非点源污染的主要载体，在流失水土的同时，输送大量的非点源污染物进入水体。近年来，各级政府把治理水土流失作为一项重要工作来抓，也取得了一定的成绩，但由于水土流失面积大，财力有限，生态建设基础太差，与现实需要还存在较大差距。
同时，秦巴山地是我国的主要贫困地区之一，经济发展水平落后，人们环境意识淡薄(张中旺等，2004)。长期以来，随着人口不断增长，粮食、燃料、用材等需求量递增，超越了当地的生产发展水平，导致人口与环境比例失调。不合理的土地利用造成大面积的坡耕地、植被破坏和水土流失，加速了生态环境的恶化。
库区的移民安置遗留问题也是库区生态环境建设亟待解决的一个问题。丹江口水库初期工程移民迁安工作，始于“大跃进”年代。由于各种原因，移民安置国家投资少、安置标准低、环境容量差，移民搬迁后，基础设施不能满足基本需要，以致造成大量移民遗留问题(杨晓军，2008)。现如今在多方面努力下，库区移民群众的生产生活条件得到初步改善。但由于遗留问题太多，国家投资有限，再加上长期以来受丹江口水库大坝加高影响，库区经济发展受到限制，库区移民难以从根本上摆脱经济、文化落后的贫困局面。