Som Californiens statsingeniør arbejdede Hall på et omfattende vandforsynings- og oversvømmelseskontrolsystem for Sacramento-dalen. Halls undersøgelse af Californiens hydrologi varede fra 1878 til 1883. På det tidspunkt installerede hans personale et omfattende strømningsmålesystem langs nogle af Californiens floder. Han var også med til at designe projekter for at hjælpe San Francisco med at erhverve tilstrækkelige vandforsyninger fra det vestlige vandområde af Tuolumne-floden. Efter jordskælvet i 1906
San Francisco var i stand til at sikre sig ret til vandet, og det oversvømmede Hetch Hetchy Valley.