本发明提供一种城市黑臭内河的原位净化系统，将河床直接作为受污染河水的治理空间，在河道内沿水流方向设置一段混凝土堤岸，将河道分隔成平行设置的两个区域：用于河水处理的区域，顺水流流向连通设置有提升泵井、反应区、沉淀区和曝气区这四个处理单元，组成一个完整的水处理设施，反应区由臭氧接触氧化区和絮凝区组成，曝气区末端采用跌水坝的形式；用于应急排水或行走的区域，作为洪水期应急排水通道兼做吸泥船的行走通道。本发明利用建立在河床内部的处理设施对受纳大量生活污水而导致黑臭的城市内河进行原位的水质净化，该方法构造简单、不占用土地、不影响行洪且具有良好的处理效果。