一种城市排水管网污水分流处理系统，包括分流检查井、回流检查井和污水分流井阵；污水分流井阵包括依次串联连接的沉淀井、水处理井和清水井，沉淀井通过分流管与分流检查井连接，清水井通过回用管接入污水回用系统、通过回流管连接回流检查井，水处理井通过沼气管连接沼气收集系统；分流检查井、回流检查井同时设置在污水主干管、污水干管或污水支管上并与污水处理厂连通。本发明可将污水源污水全部送到污水处理厂处理后排放，使其对城市水体污染降低至最小程度，实现污水就地处理和再生回用，利于实现城市区域性良性水循环，避免巨量建设投入及设备长期空置浪费，对污水的分级处理还有利于实施污泥减量和集中式污水处理设施出水水质的达标提高。