戦後に日本一悪い手賀沼の水質が社会問題となったが、その汚濁の約4割が大津川から流入していたという。水質対策として1976年（昭和51年）度以降、浚渫や大津川浄化施設（中の橋）整備などの治水対策が進められた。1989年（平成元年）度から1994年（平成6年）度にかけては、河口付近の戸張にて礫間接触酸化施設（79,000t/日）の整備が行われた。これらの取り組みによって一時的に改善傾向が表れたものの、その後再び悪化したこともあり1996年（平成8年）度に「手賀沼総合浄化計画」が策定され、多自然型川づくりを進める取り組みがなされた。その中では大津川浄化施設の改修の他、昭和40年代より汚濁の進んでいた大津川左岸第6号雨水幹線にて新たに逆井河川浄化施設（リン除去施設）が設置され、2001年（平成13年）4月より稼働開始。雨水幹線の全量（11,200t/日）を取水し、80%の除去率で放流している。その後の雨水幹線の水質検査では、除去率を上回る効果が得られている。鎌ケ谷市内では都市化の進展に比して上下水道の整備が遅れていたことから、準用河川大津川に対し1984年（昭和59年）度より建設省の補助事業である「雑排水対策緊急モデル事業」を策定し、1987年（昭和62年）度より事業を開始、下水道整備済地域の処理施設（最終終末処理場）を活用した汚染負荷軽減が進められた。白幡橋付近より1日1000t程度を処理する。他にも粟野地域の雑排水共同処理施設整備や合併浄化槽の普及を進めている。また2001年（平成13年）には上流部の環境保全のため、約9,000人の市民が大津川遊歩道を求める陳情を行った。その後10月には地元説明会が開催され、白幡橋から母路橋までの間の休耕地を利用した大津川緑道の整備が2002年（平成14年）2月から3月にかけて行われた。全体計画は330mであったが、白幡橋から270m部分（第一期分）の整備のみがなされている。これらの取り組みの結果、大津川上流部のBOD値は2002年（平成14年）度において粟野蔵下32.6・山王橋45.6であったものが、2006年（平成18年）度においては粟野蔵下9・山王橋8.3まで改善した。現在は鎌ケ谷市緑の基本計画に基づき、支流の長谷津水路沿いの市内最大の樹林地である「粟野の森」周辺を緑地公園とし、流域の自然環境保全が進められている。
1964年8月13日に開園してフラミンゴショーの人気などから1970年に年間117万人もの入場者数を記録し、外房線に行川アイランド駅が設けられた。レジャー施設が皆無であった近隣の鴨川町に大規模水族館の鴨川シーワールドが1970年10月に開園すると、当園の入場者数は同年から減少しはじめた。当初は個人経営だったが、1976年に会社更生法を申請。当時のオーナーが社長を務める日本冶金工業が経営を引き受けた。その後は子会社である冶金興産株式会社が管理し、株式会社行川アイランドが運営を受託する形となったが、同年以降は一度も黒字になっていない。1980年代前半に現在の鴨川市・南房総市・館山市や周辺地域で、太海フラワーセンター（鴨川市）・ロマンの森共和国（君津市）・マザー牧場（富津市）など中小規模の観光施設、リゾートホテルが相次いで開業するなど外房のレジャー施設が鴨川市に集中し、1983年に東京ディズニーランドの開園で千葉県内の観光客を大きく奪われた。バブル景気時期は南房総のレジャー施設を泊まりがけで周遊するなど入場者数は一時持ち直したが、バブル崩壊後の景気低迷やレジャーの多様化で、入場者数と宿泊者数が減少して累積赤字の増加が続いた。1997年に東京湾アクアラインが開通して東京都や神奈川県から房総半島へアクセスが改善されるも、鴨川市や館山市方面と異なり接続道路から大きく外れ、開通当初は通行料金が高額で通行量が少なく房総半島への観光客自体が少なく、恩恵はほとんど得られなかった。東京湾アクアライン開通を見越して施設拡張して日本で初めてシャチが出産するなど、話題性から集客力を得るが、アトラクションの陳腐化などもあり2000年の入場者数は年間19万人まで減少し、売上高も最盛期の半分の6億円となった。開園以来ショーを行ってきたフラミンゴが高齢化し、1羽50万円の購入費用も困窮し、2001年3月26日に日本冶金工業の取締役会で閉園を決定した。親会社にとってレジャー産業は本業ではなく投資しにくかったとされる。閉園発表を受けて勝浦市で「行川アイランドを存続させる会」が発足して15,000人の署名を集めたが、自治体からの支援は困難であり、当初の予定通り2001年8月31日に閉園した。管理会社の冶金興産は2001年10月に日本冶金工業に吸収合併された。企業としての行川アイランドは清算業務を行い、業務終了後も休眠会社として存続したが、2007年3月31日に会社解散となった。閉園後の敷地は2004年3月に共立メンテナンスが4,200万円で取得した。複合リゾート施設「ウエルネスの森」として開発を目指し、2007年10月に温泉井戸を1本掘削した。世界金融危機後の景気低迷もあり、2008年10月14日に勝浦市に対して開発計画の無期延期が申し出される。2018年5月に共立メンテナンスが具体的な計画を提出し、8月29日の審議会経て、勝浦シーサイドパークリゾート（仮称）が2020年春から着工予定である。