Nguyên nhân ô nhiễm là do sông Nhuệ - sông Đáy tiếp nhận trực tiếp nguồn thải chưa qua xử lý hoặc xử lý chưa đạt Quy chuẩn cho phép từ các khu dân cư, bệnh viện, từ các hoạt động sản xuất, kinh doanh của các doanh nghiệp trên lưu vực. Để hạn chế ô nhiễm, thành phố đã và đang chỉ đạo các Sở, Ban, ngành liên quan và các địa phương triển khai đồng bộ các giải pháp bảo vệ môi trường lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy.
Thời gian qua, thành phố đã có nhiều cố gắng trong việc triển khai xây dựng các dự án xử lý chất thải rắn, nước thải và cấp nước sinh hoạt như: Dự án “Thí điểm xử lý nước thải cho làng nghề chế biến tinh bột sắn xã Tân Hòa, huyện Quốc Oai với công suất 200 - 300m3/ngày đêm”; dự án cải tạo, nâng cấp sông Tô Lịch đoạn từ Hoàng Quốc Việt đến Trung Hòa - Nhân Chính; các dự án xử lý nước sông, mương, hồ được triển khai mạnh mẽ, hiệu quả. Đến nay, 15 hồ nội thành và một số đoạn sông Tô Lịch, Kim Ngưu…đã được cải tạo, kè bờ. Các dự án lò đốt chất thải rắn và trạm xử lý nước thải tại bệnh viện, trung tâm y tế, cụm làng nghề và một số dự án khác đang được đẩy nhanh tiến độ để sớm đưa vào sử dụng.
Cùng với việc đầu tư kinh phí cho các dự án nâng cao chất lượng môi trường, thành phố còn tích cực thực hiện các dự án đảm bảo dòng chảy, cân bằng nước lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy , điển hình như các dự án xây dựng mới cụm công trình đầu mối trạm bơm Yên Nghĩa; dự án cải tạo nâng cấp lòng dẫn sông Nhuệ đoạn từ Liên Mạc đến Hà Đông và kênh La Khê , cống tiêu tự chảy La Khê, cống Liên Mạc , trạm bơm Liên Mạc I với lưu lượng 70m3/s và một số hồ điều hòa cùng 15 tuyến kênh tiêu, chảy vào trục chính sông Nhuệ - sông Đáy. Ngoài ra, dự án “Tiếp nước, cải tạo và khôi phục sông Tích” là công trình trong định hướng Chiến lược phát triển thủy lợi Việt Nam đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại Quyết định số 1590/QĐ-TTg ngày 09/10/2009 đang được thực hiện. Nhờ đó, môi trường, dòng chảy sông Nhuệ - sông Đáy thời gian gần đây đã được cải thiện.
Để giải quyết triệt để tình trạng ô nhiễm môi trường lưu vực, thành phố Hà Nội đã và đang chỉ đạo các ngành chức năng và các địa phương triển khai thực hiện tổng thể, đồng bộ các giải pháp bảo vệ môi trường như: hoàn thiện và tăng cường hiệu lực thi hành của hệ thống luật pháp; hoàn thiện hệ thống cơ quan quản lý nhà nước về bảo vệ môi trường; sự tham gia tích cực của các tổ chức chính trị, xã hội, của người dân và cộng đồng; nâng cao ý thức bảo vệ môi trường của cộng đồng dân cư; tăng cường công tác quy hoạch bảo vệ môi trường; thiết lập hệ thống thông tin, giám sát; đa dạng hóa các nguồn vốn và quản lý, sử dụng có hiệu quả nguồn vốn đầu tư cho công tác bảo vệ môi trường…