Xây dựng hệ thống thu gom, xử lý nước thải trước khi đổ vào sông Tô Lịch, kết hợp sử dụng chế phẩm sinh học làm sạch nước sông, trồng cây xanh hai bên bờ sông để tạo cảnh quan, thông thoáng cho môi trường, phục hồi sinh thái cho dòng sông... là những giải pháp lần đầu được Hà Nội áp dụng để xử lý ô nhiễm con sông giữa thủ đô.
Theo đề án của Sở Tài nguyên Môi trường, đoạn sông được chọn để xử lý là đầu nguồn sông (tại cửa điều tiết nối với Hồ Tây) đến điểm hợp lưu với sông Lừ (thuộc phường Hoàng Liệt). Theo đó, đơn vị chức năng sẽ tiến hành thu gom nước thải theo từng đoạn và xử lý bằng trạm xử lý quy mô nhỏ tại các cửa xả lớn, nước sau xử lý lại bổ cập cho sông Tô Lịch.
Ngoài ra, sông Tô Lịch sẽ được bổ cập nước để pha loãng giảm nồng độ ô nhiễm. Tuy nhiên, mối quan ngại của cơ quan chức năng là các kênh mương đã bị ngắt quãng trong quá trình đô thị hóa.
Sở TNMT còn đề xuất với UBND thành phố cơ chế khuyến khích các hộ dân ứng dụng chế phẩm vi sinh, hóa sinh để xử lý nước thải, đặc biệt là nước đen từ bể phốt, trước khi thải ra cống chung đổ xuống sông Tô Lịch. Các khu nhà ở, công trình mới xây dựng đều phải có công nghệ xử lý nước thải triệt để, hiệu quả để đảm bảo nước thải trước khi ra môi trường.
Hai bên sông Tô Lịch cũng được tăng cường cây xanh để tạo cảnh quan, thông thoáng cho môi trường, phục hồi sinh thái cho dòng sông.
Theo Phó chủ tịch UBND TP Hà Nội Vũ Hồng Khanh, các vấn đề môi trường bức xúc nhất hiện nay là ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm không khí do bụi, ô nhiễm chất thải rắn. Do vậy, thành phố sẽ tập trung nguồn lực giải quyết các vấn đề này. Trước mắt, năm 2010 sẽ xây dựng hệ thống thu gom và trạm xử lý quy mô nhỏ cho đoạn thượng lưu sông Tô Lịch, kết hợp nạo vét thường xuyên và sử dụng chế phẩm sinh học làm sạch một đoạn sông.
Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội cũng cho biết, qua nhiều năm, lòng sông Tô Lịch ngày càng bị thu hẹp, hành lang bảo vệ bị lấn chiếm, chất lượng nước sông ngày càng ô nhiễm nặng. Mỗi ngày con sông này phải tiếp nhận trên 150.000m3 nước thải sinh hoạt hòa lẫn nước công nghiệp tập trung ở khu vực Thượng Đình, Cầu Bươu và hàng trăm cơ sở lớn nhỏ xen kẽ trong khu dân cư.