Выполнение данного требования ставило перед проектировщиками множество сложных задач, т. к. приходилось изыскивать неординарные технические и инженерные решения. Самое же необычное во всей этой истории заключалось в том, что эскизный проект сооружений канала разрабатывался заключенными. Большая группа инженеров, арестованных по обвинению во вредительстве на водном транспорте и в водном хозяйстве, была доставлена в Проектный отдел Беломорстроя, располагавшийся тогда в Москве по адресу Фуркасовский пер., 12, и под техническим руководством вольнонаемного инженера С.Я. Жука занялась разработкой проектов шлюзов и плотин.
В недрах столь необычно рожденного коллектива родилось большинство проектов уникальных гидротехнических сооружений: деревянные ворота шлюзов конструкции профессора В.Н. Маслова, способные выдерживать трехкратное давление воды; ряжевые и земляные плотины конструкции К.М. Зубрика и О.В. Вяземского. Все сооружения проектировались из расчета на применение местных материалов, с минимальным использованием стали и бетона. Работа шла очень напряженно, иногда по 16 часов в сутки. В таком же жестком ритме работал весь проектный отдел, возглавляемый с апреля 1931 г. инженером В.Н. Могилко. К 1 июля, с двухмесячным опережением графика, проект был готов. В тот же день Особый комитет утвердил его на своем заседании. В окончательном варианте проект канала предусматривал сооружение транспортного водного пути длиной 227 километров, оборудованного 128 гидротехническими сооружениями. Планировалось сооружение 19 шлюзов (из них восемь составляли т. н. «Повенчанскую лестницу»), 15 плотин, 49 дамб. Общая стоимость работ, согласно финансовому плану, исчислялась в 88866600 рублей, из них в 1931 г. планировалось отпустить 32380000 рублей, в 1932 (решающем) году – 55921000 рублей и в 1933 г. на доделки – 565800 рублей. Работы должны были быть в основном выполнены за 400 рабочих дней.
Строительство Беломорканала началось. А это значит, что на трассу начали прибывать все новые и новые партии заключенных. Исправительно-трудовые лагеря ОГПУ стали основным поставщиком рабочей силы на строительство. В 1930 и первой половине 1931 г. рабочих Беломорстрою предоставлял Соловецкий ИТЛ. В мае 1930 г., после переноса хозяйственной деятельности на материк, лагерь перешел в подчинение ГПУ по Карелии и сменил название. Комплекс лагерных отделений стал называться Соловецкими и Карело-Мурманскими лагерями ОГПУ. В июне 1930 г. лагеря выделили первых 600 заключенных для работы в изыскательских партиях на будущей трассе канала. После утверждения проекта и начала работ численность заключенных на Беломорстрое начала быстро возрастать. Уже к середине 1931 г., по рапорту Г.Г. Ягоды, количество их превысило 10 тыс. человек из 72 тыс., которыми располагал лагерь. А начиная с сентября, на строительство канала перебрасывается почти весь наличный состав Соловецких и Карело-Мурманских лагерей. Управление Соловецких и Карело-Мурманских лагерей из г. Кеми переводится на станцию Медвежья гора Мурманской железной дороги, непосредственно на трассу будущего канала. 17 сентября 1931 г. приказом ОГПУ № 528/286 был ликвидирован (в связи с окончанием работ) Сызранский исправительно-трудовой лагерь, весь личный состав был направлен на Беломорстрой.
Наконец, 16 ноября 1931 г. на базе Соловецких и Карело-Мурманских лагерей был сформирован Беломорско-Балтийский исправительно-трудовой лагерь, задачей которого и являлось осуществление строительства канала. Начальником строительства был назначен по совместительству лично начальник ГУЛАГа Л.И. Коган, а его заместителем – помощник начальника ГУЛАГа Я.Д. Раппопорт. Начальником работ Беломорстроя стал Н.А. Френкель, один из инициаторов и пионеров трудового использования заключенных. Начальников же собственно лагеря, которые одновременно являлись заместителями начальника строительства, за время работ сменилось четверо: Э.И. Сенкевич (16.11.31–16.01.32); П.Ф. Александров (временно исполняющий обязанности начальника с 16.01.32, начальник с 28.03.32 по 15.01.33); С.Г. Фирин (с 15.01.33 по 2.07.33); Д.В. Успенский (2.07.33—7.10.36).