Polisombudsmannen bekräftade att sprayen användes under paraden på Ormeau Road på tisdag kväll.
PSNI sa att två officerare fick mindre skador under en "mindre störning". En 26-årig man har åtalats för misshandel.
Paradens arrangör sa att barnen hade svullna ögon och läppar.
Noel Liggett sa till Good Morning Ulster att CS-sprayen "odiskriminellt" användes efter att polisen konfronterat paraden.
Han sade att polisen trodde att bilar skadades när paraden tog sig uppför vägen, en anklagelse som han beskrev som "helt falsk".
"Omkring 20 barn var på parad med oss igår, medelåldern skulle vara sex, sju, åtta och nio. Runt den åldersgruppen, sa han.
"Jag blev ganska chockad över att se många små barn i chocktillstånd.
"Fem av dem hade drabbats av effekten av CS gas och ett antal små barn i bandet hade också drabbats av effekterna av gasen."
Liggett sade att ett "mycket uppriktigt möte där båda sidor lade fram sitt fall" hölls med polisen efter paraden och att han skulle "bestrida det sunda förnuftet" hos polisen.
"Polisen visste att detta var en parad för juniorer, det fanns en hel del små barn i området", sade han.
Mrs Foster skrev på Twitter och sa att hon skulle träffa polisen.
Polisen sa att en PSNI motorcykel också hade skadats i händelsen.
En man kommer att infinna sig i Belfast Magistrates Court tisdagen den 26 april anklagad för oordentligt beteende och två fall av överfall på polisen.
Förste minister Arlene Foster har sagt att hon har talat med polischefen efter polisen använde CS spray under en junior Orange Order parad i Belfast.