永定河河东、河西分属两个水系。河东为冲积平原，属凉水河水系，也属北运河水系。区境内面积173平方千米。凉水河起点为万泉寺铁路桥，在南苑乡的双庙村南出境，区境内长度8.8千米，流域面积17平方千米，主要支流有莲花河、丰草河、马草河、小龙河等。

凉水河在历史上曾经是永定河故道。《中国运河史》指出：永济渠“在天津地区西溯拒马河，而在信安取桑干河（永定河）水道到达今丰台地区，丰台附近有桑干河故渎……便可直达蓟城城南”。隋朝时期的桑干河从蓟城城南流过，沿着今天的凉水河河道东南流，在今通州西南方偏向南，经安次县东进入永清县境。也就是说，今天的凉水河本是那时桑干河（今永定河）主河道的一段。

元代以后，作为金中都的丽泽门不复存在，但丽泽关这一称呼一直延续到清代。在丽泽关的关头形成村落，最初称“管头村”，后来分为东、西两村。至今这一地区仍保留有“水头庄”“万泉寺”“玉泉营”等地名，“水头庄”是凉水河的发源地，《日下旧闻考》记载，“凉水河在宛平县南，由水头庄泉发源，东流入南苑内。”凉水河曾作为隋唐至北宋时期大运河的水道之一，承担航运和水源功能。如今凉水河仍然是北运河的一条主要支流，是沟通西山永定河文化带和大运河文化带的重要水系。它与莲花池共同构成莲花池水系，与北京城几千年的发展壮大息息相关。

莲花河起点为莲花池，于万泉寺铁路桥汇入凉水河，全长4.91千米。古称“洗马沟”。《水经注》记载：“？水又东与洗马沟水合，水上承蓟水，西注大湖。湖有二源，水俱出西北平地，导泉流结西湖，湖东西二里，南北三里，盖燕之旧池也……湖水东流为洗马沟，侧城南门东注，昔铫期奋戟处也。”丰草河起点为丰台镇西程庄子，在万泉寺铁路桥附近汇入凉水河。全长7.9千米，流域面积11.2 平方千米。马草河起点为洪泰庄铁路涵洞，在马家堡入凉水河，全长13.06千米，流域面积33平方千米。小龙河起点为仁家庄，经大泡子在树桥村进入大兴区后汇入凉水河。区境内长度4.47千米，区境内流域面积26.8平方千米。 

永定河河西为低山、丘陵、台地及山前洪积倾斜平地，属大清河水系，区境内面积115平方千米。小清河起点为卢沟桥上游永定河右岸刘庄子，向南流经长辛店，入房山区长阳，在河北省涿州入白沟河，主要支流有哑叭河、蟒牛河、牤牛河、刺猬河等。

哑叭河位于长辛店镇北部，上游分南北两支。南支起源于辛庄村南坡下，在下营村汇入主河道，流域面积8.26平方千米；北支起源于梨园村南，在下营村汇入主河道，流域面积7.91平方千米。主河道在卢沟桥西汇入小清河，长8.3千米，流域面积21.2平方千米。蟒牛河起点为长辛店镇百草洼，经太子峪在北岗洼入小清河，主河道长8.0千米，流域面积18.2平方千米。牤牛河起点为长辛店镇大灰厂村的北部山区，在王庄村南京周公路桥进入房山区，最后入小清河，区境内主河道长11.93千米，流域面积46平方千米。由于该河坡陡流急，每次遇到大雨，河水暴涨，水势凶猛，由于牤牛吼叫下山一般，故名“牤牛河”。刺猬河是丰台、房山两区界河，曾名“茨尾河”，“茨”是蒺藜的意思，可能以河滩生长的蒺藜为名。