沿川の急激な都市化に伴う生活排水の流入、および支流の水源となっている多摩丘陵や武蔵野台地での宅地開発に伴う森林破壊による水源枯渇が相まって、多摩川の水は著しく汚染された。水道原水として利用不能になる、農業用水路が埋められる、衛生状態が悪化するという事態に陥ったが、1980年代より整備が始まった沿川での下水道が普及するに伴い、水質汚染は徐々に緩和された。また宿河原堰などへの魚道設置といった工夫と相まって、多摩川には再び鮎が遡上するようになっており、白鷺やコアジサシといった鳥類の採餌を支えるまでに回復してきている（#生態系を参照）。現在では河川敷に親水施設などが設けられ、近隣住民の憩いの場として利用されるている。急激な水質汚染とその急回復を経験した多摩川は、環境保全に向けた更なる努力の必要性を象徴する場として、多くの市民活動の舞台ともなっている。
多摩川は元々水質が良く、清流を好む鮎（あゆ、アユ）が多く棲んでおり、江戸時代、多摩川では鮎漁が盛んであった。浮世絵にも鮎漁の様子が描かれている。多摩川のあゆは将軍家にも献上された。鵜を用いた鵜飼での鮎漁も行われ、鵜飼の鮎漁の写真も残っている。昭和初期まで鮎漁は盛んに行われており、年配の地元住民が記憶しているように、水揚げされた鮎は食用にされていた。だが昭和期に多摩川周辺の人口が増え水質が悪化すると、鮎漁は一旦途絶えた。その後、水質改善のための努力が重ねられ水質が良くなり、鮎漁が復活した。最近、地元の漁師が多摩川のことや鮎漁のことを人々に知ってもらおうとの想いで鮎漁を復活させ、多摩川の鮎を出荷している。日本橋の老舗百貨店、三越の食品売り場にも「江戸前のあゆ」として並んでいる。江戸前すなわち東京湾から遡上する鮎を増やすため、多摩川上流に位置する東京都昭島市・日野市・昭島市は2018年3月12日、「江戸前鮎を復活させる地域協議会」を発足させた。
戦国時代に豊臣秀吉の下で関東転封となった徳川家康は、多摩川下流の扇状地での水稲生産を拡大するため、1597年に用水奉行・小泉次大夫に命じて両岸の灌漑用水路の建設に着手。1611年に二ヶ領用水（右岸）と六郷用水（左岸）が完成した。その他にも、1604年頃より取水を始めたと推定されている大丸用水（右岸）や、1654年より取水を始めた玉川上水（左岸）などの用水路が相次いで整備され、それまで水利が芳しくなかった多摩川下流の低地・台地に豊富な農業用水をもたらし、米の生産量が増大、江戸の生活を支えた。
孟達の反逆の経緯は『蜀書』、『魏略』、『晋書』各書によって差異が大きい。『蜀書』費詩伝によれば、蜀漢の諸葛亮は孟達の近況を魏からの降臣李鴻に聞いた。蜀から魏に降った王沖が諸葛亮は孟達の妻子を誅殺しようと考え劉備がこれを止めたという虚言を述べたが、孟達は諸葛亮は見識に条理が通っておりそんなことはしないとこれを信じず、諸葛亮に深く敬意を示している様子であったという。これを聞いた諸葛亮は孟達を魏との戦いの外援にしようと考えた。蒋琬と費詩にこの計略を述べたところ、費詩は孟達は劉璋、劉備に叛いた不忠、反覆の小子であり、書簡を与える価値はないと反対した。 諸葛亮は構わずと手紙を送り、数度のやり取りのうちに孟達は魏への叛意を述べた。ところが諸葛亮は孟達に誠意が無いと考え救助をせず、孟達は司馬懿の征伐軍に敗れ斬られた。『魏略』によれば、孟達は国境に駐屯すること久しく次々と庇護者が亡くなったため不安となった。諸葛亮はこれを聞くと孟達の寝返りを誘おうと数度手紙を送り孟達はこれに返書を送った。時に魏興太守申儀は孟達と不和であり、隠れて孟達と蜀の密通を朝廷に上表した。曹叡はこれを信じなかったが、数度にわたり申儀が孟達の蜀との二心を主張すると、司馬懿は參軍梁幾を派遣してこれを審査させ孟達に洛陽へ入るように勧めた。孟達はこれに驚き遂に謀反をおこした。申儀は蜀に通じる道を遮断し、救援を求められないようにした。討伐軍として派遣された司馬懿は孟達の大将李輔と甥の鄧賢を誘ったところ、鄧賢らは城門を開いて軍勢を引き入れた。孟達は包囲されること十六日で敗北した。その首は、洛陽の大通りの四辻で焼かれたとある。『晋書』宣帝紀によれば、諸葛亮は孟達が劉備を裏切ったことを憎み、蜀への災いになると恐れていた。諸葛亮は孟達と申儀が不和であったことに付け込み、謀反を促すために郭模という男を偽降させ孟達の密謀を申儀に漏らした。これを知った孟達は果たして挙兵した。司馬懿は孟達の速断を恐れ、時間を稼ぐため、孟達に丁寧な書簡を送って迷わせ、孟達がすぐに挙兵しないよう謀った。孟達はこれに騙され「宛は洛陽から八百里の距離にあり、私のいる新城郡から千二百里の距離にあります。司馬懿が城に来るには、まず言上して帝意を汲まねばならず、手続きも含めれば一ヶ月近くかかるでしょう。その間に我が方は十分に防備を固められます」という内容の手紙を諸葛亮に送っていたという。しかし孟達の予想に反し、司馬懿は孟達の4倍の兵を率いて、州泰の先導下で昼夜兼行の進軍を強行し、僅か8日で上庸まで辿り着き孟達を攻撃した。上庸城は三方を川に囲まれた要害であった。しかし司馬懿の予想外の進軍の速さに、孟達陣営では甥の鄧賢など反逆者が続出し、孟達は半月ほどで敗れ斬殺された。首は洛陽に送られ晒された。また申儀も司馬懿に勅命を詐称した罪に問われ逮捕され都に送られた。子は蜀に仕えたが、蜀の滅亡後に故郷の扶風郡へ帰った。