羽村、代田村（現在の京王線代田橋駅付近）、および四谷大木戸には水番所（水番屋）が置かれ、水番人が詰めて塵芥の除去などを行っていた。このほか大木戸の水番所は、市中への配水量を調節しつつ、余った水を渋谷川（穏田川）へと放流する役割も行っていた。
近代になるとより多数の「水衛所」が置かれ、同様の管理を行ったが、淀橋浄水場の閉鎖とともに多くの水衛所は役割を終えた。現在は小平監視所が水質監視・管理の業務を行っている。
上水の桜.
流路.
すなわち、上流から順に「多摩川からの導水路として今も供用されている区間」「清流復活事業によって少量の水を流している区間」「大部分が暗渠化され、水路としても水辺としても利用されていない区間」である。
以下では便宜的に、これらの区間をそれぞれ「上流部」「中流部」「下流部」と呼ぶこととする。
上流部（羽村取水堰から小平監視所まで）.
江戸時代同様、多摩川から取水した水がそのまま流れ、水量も豊富な区間である。
羽村取水堰（東京都羽村市）からしばらくは多摩川にほぼ並行して南南東へ流れるが、拝島駅のすぐ東で向きを変え、以降は西武拝島線のやや南を東へ向かう。北から南へ流れる残堀川を立体交差で越え、玉川上水駅（西武拝島線・多摩都市モノレール）のすぐ南で多摩モノレールをくぐり、ほどなく小平監視所に至る。
中流部 （小平監視所から浅間橋まで）.
東京都の清流復活事業に従って処理水を流している区間である。古くからの樹木がよく茂り、豊かな木立に覆われている箇所が多い。
下流部（浅間橋から水道局新宿営業所付近まで）.
この区間では、一部の例外を除いて、水路のほとんどが暗渠化されている。しかしながら、道路の下になってしまった一部の区間を除き、大半の区間では流路の痕跡を辿ることができる。現在では、その多くは緑道や公園として整備されている。
浅間橋からしばらくの区間は、中央自動車道の下に隠れる形になり、同道建設時に暗渠化されている。