Dự án nhằm cải thiện môi trường Hà Nội - giai đoạn II, cùng với các hạng mục đã hoàn thành trong giai đoạn I, hướng tới mục tiêu hoàn thiện hệ thống thoát nước lưu vực sông Tô Lịch. Khu vực dự án bao gồm phần bờ trái sông Tô Lịch (đoạn chảy qua thành phố) với diện tích 77,5km gồm các tiểu lưu vực: Hồ Tây (9,3km), Tô Lịch (20km), Lừ (10,2km), Sét (7,1km), Kim Ngưu (17,3km), Hoàng Liệt (8,1km), Yên Sở (5,5km) và Nhà máy xử lý nước thải hồ Bảy Mẫu trong Công viên Thống Nhất.

Mục tiêu của dự án là giảm tác hại do ngập lụt lưu vực sông Tô Lịch, với lượng mưa 310mm/ hai ngày. Ngoài ra, còn góp phần hoàn chỉnh các công trình kết cấu để quản lý và bảo trì hệ thống thoát nước; cải thiện vệ sinh môi trường thành phố và tạo cảnh quan đô thị.

Được khởi công từ tháng 10/2008, dự án gồm các hạng mục chính là: Nâng cấp trạm bơm đầu mối Yên Sở từ 45m³/giây lên 90m³/giây; cải tạo 13 hồ điều hòa trong nội thành và 12 trạm bơm cục bộ trên hồ; cải tạo 30 tuyến kênh, mương thoát nước trong nội thành dài khoảng 25km; cải tạo và xây dựng 52 tuyến cống nội thành với độ dài khoảng 26km; xây dựng Trạm xử lý nước thải hồ Bảy Mẫu công suất 13.300m³/ngày đêm; cải tạo đường công vụ dọc các sông Tô Lịch, Lừ, Sét (dài khoảng 30,5km) và mua sắm các thiết bị.