1994年，担任电力部中南勘测设计研究院高级咨询。

2001年，当选为中国工程院院士。

2003年8月5日，在长沙逝世，享年75岁。

王三一参加和主持主要水利水电工程有：上犹江、白莲河、柘溪、乌江渡、东江、东风（地下厂房部分）五强溪、大广坝、五里冲等。在以上工程中提倡一体化设计理念，并将其应用于围岩与衬砌、坝和地基设计中。在优化设计方面，注重多专业、多学科的综合和技术创新，以获得总体上的经济和安全。多次成功设计了不同类型高坝和岩溶地区高水头水库。其中乌江渡水电站是中国20世纪70年代在强岩溶地区建成的当时最高大坝，坝高165米，经多年运行考验，渗漏量极为微小（约40立方米/天）。该工程还针对坝址极为复杂的地形、地质条件，研究采用了下拱上重的拱型重力坝，高水头大单宽流量厂房顶和厂房前挑流泄洪，以及坝后厂房、溢洪道、开关站在窄河谷中重叠布置等多项创新设计。主管设计的东江、五强溪（均获国家设计金奖）大广坝和五里冲等工程在技术上也多有创新，如窄缝式泄洪消能、坝面引水背管、宽尾墩底孔联合水能工。河床浅埋式地下厂房以及高水头无坝盲谷水库等。在建的龙滩水电站，坝高216.5米，装机容量540万千瓦。所采用的碾压混凝土坝和全地下式厂房总布置方案，比常态混凝土坝方案可提前一年发电。

据2009年6月中国工程院院士馆网站显示，王三一完成了《城陵矶（莲花塘）汛期水位流量关系的研究》报告的最终审定。

2002年，王三一担任《城陵矶汛期水位流量关系研究》项目负责人。

王三一指导、培养和传授的有中南勘测设计研究院的多位设计总工程师，以及不少院长、处长。

王三一认为学生应该努力学习，勤下工地，多干实事，刻苦钻研，多动脑筋，在实践中多磨练。

王三一说：堂堂正正做人，认认真真做事，则一生无悔矣！倘能融于此、乐于此、迷于此则当有更多创树，为人类文明多添一砖一瓦。但也仅一砖一瓦而已，若纵观历史、放眼世界、探索无极、代有人继、更领风骚，则蔚为壮观。

王三一是中国著名的水利水电工程专家，中国共产党的优秀党员，他有着孜孜不倦的工作品质和高尚的道德情操。（时任全国政协副主席、中国工程院院长徐匡迪评）

王三一治学严谨，工作上精益求精，敢于顶住压力坚持真理。他谦虚谨慎，平易近人，生活质朴，吃苦耐劳，治学严谨、忧国忧民、执着敬业，为祖国的水电事业无私的奉献了一生，他高尚的道德情操为中国工程科技界树立了榜样。（中国工程院评）

王三一就像是用自己的生命之火照亮着别人、在燃尽自己中熄灭。（红网评）

2004年8月5日，王三一逝世一周年，湖南各界召开座谈会缅怀这位成就卓著的工程设计大师。