Đầu tư thời kỳ này có tổng giá trị tài sản lớn nhất mà tâm điểm là Dự án Cấp nước và vệ sinh Thanh Hoá-Sầm Sơn, tổng mức đầu tư 16,241 triệu USD gồm vốn Chính phủ 80%, vốn đối ứng thuộc ngân sách tỉnh 20%. Dự án bắt đầu triển khai thực hiện từ năm 1996, hoàn thành đưa vào sử dụng tháng 6 năm 2001. Chính phủ Việt Nam vay vốn ADB với lãi suất 1%, trả nợ trong 40 năm. Chính phủ dùng nguồn vốn ADB 12,993 triệu USD, cấp không hoàn lại (cấp vốn kinh doanh) 5,847 triệu USD, cho vay 7,146 triệu USD với lãi suất 5,0% năm, thời hạn trả nợ trong 20 năm.
Mục tiêu của dự án gồm: (1) Cải tạo nâng cấp nhà máy nước Mật Sơn công suất 20.000 m3/ngày, bằng cách xây dựng hồ chứa nước Núi Long dung tích 65.000 m3, đảm bảo cấp nước an toàn khi dòng sông Nông Giang thuộc hệ thống thuỷ nông Sông Chu ngừng cấp nước để sửa chữa; (2) Xây dựng nhà máy nước Hàm Rồng công suất 50.000 m3/ngày, trước mắt đầu tư giai đoạn 1 công suất 10.000 m3/ngày. Nguồn nước mặt lấy trực tiếp từ Sông Chu tại làng Vòm, xã Thiệu Khánh; đây là vị trí được khảo sát, tính toán để nước sông không bị cạn kiệt vào mùa nước kiệt, không bị nhiễm mặn khi nước triều lên cao nhất; (3) Hệ thống đường ống gồm một đường lớn 600 dẫn nước thô dài
5 km đưa nước thô từ trạm bơm làng Vòm về nhà máy xử lý, đường ống này đủ dẫn nước cho tương lai khi đầu tư mở rộng, nâng cấp nhà máy; xây dựng mới và cải tạo mạng bằng đường ống cấp I 200 đến 600 tổng chiều dài 64km, và 85 km đường ống cấp II từ 100 đến 150, hệ thống này đáp ứng đủ yêu cầu khi nhà máy nước Hàm Rồng nâng công suất lên 70.000 m3/ngày; lắp đặt một đường ống 400 dài 16 km từ Thành phố Thanh Hoá đi thị xã Sầm Sơn, phục vụ 55 ngàn dân và nhu cầu nước của khách sạn, nhà nghỉ trong mùa hè, đường ống này có khả năng chuyển tải 20.000 m3/ngày.
Dự án hoàn thành thực sự nâng cao năng lực cấp nước của Công ty cấp nước Thanh Hoá cả về số lượng và chất lượng. Nhà máy nước Mật Sơn, nhà nhà máy nước Hàm Rồng đủ cung cấp nước cho thành phố Thanh Hoá, thị xã Sầm Sơn, khu công nghiệp Lễ Môn, khu công nghiệp Đình Hương và các vùng phụ cận khác với số dân 230 ngàn người, đưa tỉ lệ dân được sử dụng nước sạch của hệ thống từ 50% lên 100% với mức cấp nước 89 lít/người/ngày.
Tuy nhiên, nhược điểm của dự án là, cải tạo không hết mạng ống cấp nước cũ và đầu tư trong thời gian quá dài. Dự kiến hoàn thành trong 3 năm nhưng thực tế thực hiện trong 6 năm. Tháng 6/2001 mới hoàn thành toàn bộ các gói thầu của dự án đưa vào sử dụng, năm 2003 tỉnh phê duyệt quyết toán phần vốn đối ứng, còn tài sản chủ yếu được hình thành từ nguồn vốn vay ADB Bộ Xây dựng vẫn chưa thẩm định phê duyệt [21, tr.5].