天塩川
全長256 kmは北海道内では石狩川に続き2番目の長さで、日本国内でも4番目の長さとなる長流河川であるが、大きな支流が少ないため、流域面積は5,590 km2で国内10位にとどまる。和人入植以来、数次に渡り流路変更などの河川改修を行ってきた結果、その全長は明治時代以前の河川改修前より大幅に短くなっている。下流部を中心に河川改修跡である三日月湖が沿川に数多く見られるが、河口から158 kmまで堰などの川を横断する工作物が設置されておらず、また、コンクリートの護岸工事の実施箇所が少なく、自然のままの護岸が多く残されていることが特徴となっている。
塩沢トンネル
当初の実施計画では、この区間のトンネルは塩沢トンネルと六日町トンネルの2本に分かれていた。塩沢トンネルは全長5,720メートルで、入口から1,220メートルが下り列車に対して3パーミルの上り勾配、残り4,500メートルが12パーミルの下り勾配とされ、六日町トンネルは全長5,000メートルで下り列車に対して12パーミルの下り片勾配と計画された。しかし大宮起点165 km 800 m付近にある鎌倉沢について地質を精査した結果、地表付近の風化地層を避けるために施工基面を24メートル下げることになった。この結果2本のトンネルの間で地上に出ることがなくなり、1本の塩沢トンネルになった。しかし工事中は便宜上2本のトンネルのままとして扱われ、六日町トンネルの名称も引き続き用いられた。六日町トンネルは大宮起点171 km 209 m付近で、当時日本鉄道建設公団東京支社が建設中であった北越北線（開業後の北越急行ほくほく線）赤倉トンネルと立体交差することになっており、当初計画では29.0メートルの高低差を持つことになっていた。しかし前述の施工基面低下に加えトンネル前後での国道や河川などとの交差の制約もあり、交差部が非常に近接することになった。
上越新幹線はそれまでの新幹線と異なり、初めて日本鉄道建設公団（以下、公団と略す）が担当することとされた。このため塩沢トンネルも公団が担当して建設することになった。公団ではこの上越新幹線の工事にあたり、大宮起点126 km330 m地点（月夜野トンネル出口付近）より北側を担当するために新潟新幹線建設局を設置した。