渋谷川
かつては穏田川・宇田川の源頭両河川をはじめ多数の支流を持っていたが、現在ではそのほとんどが下水道幹線として暗渠化され、大雨の降ったとき以外は渋谷川には流入しなくなっており、これを補う「清流復活事業」として下水を高度処理した再生水を落合水再生センターから供給している。再生水は従来新並木橋付近から放流していたが、渋谷ストリーム開業以降は同施設付近、すなわち開渠部開始地点付近へ移動し、「壁泉」と呼ばれる形で供給している。
以下は支流の一覧。上記両河川も含め下流より記載する。
入間川(いりあいかわ) - 厳密には支流ではなく、旧川筋。江戸時代に現在の流路が開削されて付け替えられた。
桜川 - 愛宕警察署付近、芝公園4~5号地、芝大神宮横、大門前を流れ将監橋に古川に合流していた小河川。
赤羽川
玉名川 - 白金台二丁目にあった「玉名の池」が水源。明治学院大学と八芳園のあいだを北上し、高松中学校、松秀寺のわきを通って新古川橋にて合流する。