底格里斯河与幼发拉底河的中下游地区是著名的美索不达米亚平原。美索不达米亚在希腊语中是“河间地带”的意思，也称“两河流域”。它位于安纳托利亚高原、伊朗高原和阿拉伯高原之间，主要受两河的泥沙沉积作用，形成今天长1000千米、宽300~400千米，面积有12万平方千米的冲积平原。美索不达米亚平原绝大部分在伊拉克境内，一小部分在伊朗胡齐斯坦省，北起亚美尼亚山地，南到波斯湾，西至叙利亚沙漠，东抵伊朗高原西缘；整个平原地势低平，海拔在200米以下，自北向南倾斜，巴格达以北叫上美索不达米亚，地势略高，丘陵起伏；巴格达以南叫下美索不达米亚，地势低平，多沼泽湖泊。底格里斯河和幼发拉底河都是极易泛滥的河流，尤其是底格里斯河的洪水更是汹涌无常， 洪水冲破堤坝，在河间地带滞留，构成大面积沼泽湿地 。这里是亚热带干旱、半干旱气候，从平原北部年降水量300~500毫米到南部不足100毫米，全年气候温暖，光热充足，土壤疏松肥沃，农耕条件很好，但降水不足，需发展灌溉农业。
底格里斯河与幼发拉底河的年际变化和季节变化都很大，常常枯水年份的水量不及正常年份的三分之一，而在丰水年份又常有洪涝灾害，干旱也常有发生。为改变这种状况，伊拉克政府十分重视水利工程建设，修建了大量的灌溉工程，如今伊拉克的广大耕地中有一半的耕地能得到长年灌溉，是世界灌溉农田面积最大的国家之一。美索不达米亚平原已成为伊拉克的“粮仓”，盛产小麦、稻米、大麦、棉花、椰枣等，美索不达米亚平原南部的巴士拉一带是伊拉克最大的椰枣产区。伊拉克是世界椰枣出口最多的国家，全国有3300多万颗椰枣树，年产椰枣600多万吨，其中的80%出口海外，为伊拉克大宗出口商品。
在伊拉克中部，底格里斯河与幼发拉底河之间，有一伊拉克面积最大的人工湖——塞尔萨尔湖（该湖在洪水期最大面积有2710平方千米，最大库容728亿立方米，南北长100千米，东西最宽仅40千米，最深65米），该人工湖是在塞尔萨尔河尾闾的基础上建成的，没有出水口，而是通过长50多千米的塞尔萨尔运河与东面的底格里斯河和南面的幼发拉底河相通，是美索不达米亚平原上重要的灌溉水源。幼发拉底河中游的欣迪耶大坝（建于1914年）能有效控制洪水并引东支希拉河水灌溉大片农田，形成伊拉克重要的灌溉农业区。1939年在底格里斯河上修建的库特灌溉工程，可引水灌溉伊拉克南方地区136万公顷的农田。1980年，位于伊拉克北部摩苏尔城以北70千米处底格里斯河谷中萨达姆大坝开建，到1984年形成了库容有120亿立方米的“萨达姆水库”（现改名为摩苏尔水坝）；摩苏尔水坝具有防洪、灌溉、城市供水、发电等效益，水电站装机容量103万千瓦，可灌溉农田10万公顷。20世纪80年代建设的下迪亚拉灌溉工程，从底格里斯河的支流迪亚拉河引水，灌溉迪亚拉河沿岸35万公顷的农田。伊朗西南部的胡齐斯坦平原是伊朗最主要农业区，是伊朗的“粮仓”，也建有大型灌溉工程，多数耕地得到灌溉。
两河流域文明
两河流域自古以来就是西亚陆路通道，是各民族交汇之地，是人类最早的文明之一——两河流域文明的摇篮。两河流域文明又称“两河文明”、“美索不达米亚文明”，是由苏美尔、阿卡德、巴比伦、亚述等文明组成的，自公元前3500年到公元前6世纪，历经3000多年历史风雨。
这里的古代文明起源于美索不达米亚的南部，6000多年前居住于此的苏美尔人建设沟渠堤坝，蓄水排涝，引水灌溉，种植大麦、小麦、洋葱、鹰嘴豆、小扁豆，饲养牛、猪、绵羊、山羊，发明了世界最古老的文字——楔形文字（一种用芦苇棒刻印在泥版上的象形文字），建立了众多的城市组成的苏美尔王朝，诞生了两河流域最早的文明——苏美尔城邦文明。之后的阿卡德人、巴比伦人、亚述人及迦勒底人，继承和发展了苏美尔人的成就，建立起阿卡德王国、乌尔第三王国、古巴比伦王国、亚述帝国、新巴比伦王国（又称迦勒底王国），使两河流域文明成为人类文明史上主要的一页。
3000多年的两河流域文明史在美索不达米亚大地上留存下众多的历史遗迹：乌尔古城遗址、尼姆鲁德古城遗址、亚述古城遗址、巴比伦废墟（巴比伦古城遗址）。乌尔古城位于伊拉克南部巴格达以南纳西里耶附近。从古城遗址看，6000年前苏美尔人开始在这里建造城市，该城平面呈方形，南北最长1000米，东西最宽有600米，城内有塔庙、行宫、居民区、王陵等，都用泥砖建造；最壮观的建筑是外形如分层金字塔的塔庙，塔庙周围有广场；乌尔城可谓世界最早的城市（6000年建城史）。乌尔城到公元前25世纪前后，发展为强盛的城邦国家，后来成为乌尔第三王朝（公元前2113年~公元前2006年，由苏美尔人建立的国家）的国都。
位于伊拉克北部摩苏尔以南150千米、底格里斯河西岸的亚述古城遗址，是亚述帝国的第一个都城，是亚述人的主神阿舒尔神宫所在，公元前614年被巴比伦人毁灭；亚述古城建筑物有大量浮雕，现在出土的文物主要有石雕、浮雕、圆筒印章、武器、金属碗等；2003年亚述古城遗址被联合国教科文组织列入《世界遗产名录》；世界遗产委员会的评价是：亚述古城位于美索不达米亚北部底格里斯河的特殊地带上，位于雨水灌溉农业和人工灌溉农业交界处，其历史可追溯到公元前3000年。公元前14世纪到公元前9世纪，亚述古城是亚述帝国的第一个都城，是重要的国际文化和贸易交流平台。古城同时也是帝国的宗教都城，同阿舒尔神紧密相连。亚述古城最后被巴比伦人攻占，但是在公元1世纪和2世纪帕提亚时代经历了短暂的复兴。
汉谟拉比法典石碑
位于巴格达以南90千米处底格里斯河河畔的巴比伦城，公元前2000年到公元前1000年曾是两河流域的政治、经济、商业和文化中心，是公元前19世纪至公元前729年的古巴比伦王国的首都、公元前626年~公元前539年的新巴比伦王国的首都，“巴比伦”意为“神之门”。全盛时期（新巴比伦王国尼布甲尼撒二世在位时期）的巴比伦城有1万公顷的面积，幼发拉底河自北向南贯穿全城，河东为老城，宫殿、神庙在这里；城墙为双层，外墙周长16千米，内墙周长8千米，墙下有深濠，高大厚实数十米高的城墙多雄狮、雄牛等浮雕，建有被后世誉为“世界古建筑七大奇迹”之一的“巴比伦空中花园”和高大的埃特梅兰基塔庙中的“巴别塔”。在巴比伦古城遗址曾发掘出一块近2米高的黑色闪绿岩石碑，石碑的上半部刻着精致的浮雕，下半部是用阿卡德楔形文字刻记着古巴比伦王国的汉谟拉比国王领导制定的世界第一部成文法典——《汉谟拉比法典》的法典铭文，该石碑现存于巴黎卢浮宫；现在巴比伦古城遗址还留有一座雄狮足踏人的巨石雕刻，狮身长3米、高2米、宽1.5米，这就是著名的巴比伦雄狮雕像。在伊拉克新纸币25000第纳尔的背面印制的图案是汉谟拉比法典铭文石碑上的浮雕、巴比伦雄狮雕像。2019年7月，巴比伦废墟入选联合国教科文组织《世界遗产名录》；世界遗产委员会的评价是：该遗址位于巴格达以南85公里处，由新巴比伦王国（公元前626-公元前539年）首都遗址及古城周围的村庄和农地组成；这些独一无二的旧城（城外及城内的塔楼、城门、宫殿和庙宇）见证了世界上最具影响力的古国之一曾经的辉煌；巴比伦城经历汉谟拉比、纳布乔多诺索尔等君主的统治，代表着新巴比伦王国时代创造力的巅峰；此外，其与古代世界七大建筑奇迹中的空中花园的联系启迪了世界各地艺术、民俗和宗教文化的发展。
阿拉伯河