В начале работы в Росприроднадзоре Олег Митволь несколько раз выступал с обвинениями в адрес московских властей. 9 августа 2004 года он пригрозил, что из-за проблем с экологической экспертизой строительство комплекса "Москва-Сити" может быть прекращено, а возведенные здания "снесены как незаконные". В мэрии пообещали "адресовать лично Олегу Митволю" все убытки от возможного срыва контрактов. Об изменениях в проекте из-за претензий Росприроднадзора не сообщалось.
27 сентября 2005 года господин Митволь написал жалобу в Генпрокуратуру, в которой обвинил мэрию в "узаконивании контрабандных животных". Так он оценил выдачу разрешений на предпринимательскую деятельность с использованием редких животных. Власти это заявление не комментировали, о рассмотрении жалобы не сообщалось.
Отношения с городскими властями наладились в октябре 2005 года, когда Олег Митволь начал борьбу с застройкой на берегах Москвы-реки. 24 января 2006 года мэр Юрий Лужков призвал подчиненных поддержать заместителя главы Росприроднадзора, который "почти с безрассудной смелостью воюет с владельцами этих коттеджей". 12 мая 2007 года господа Митволь и Лужков вместе посетили поселок Речник в Крылатском и объявили о намерении снести его, но так не смогли добиться выселения жильцов.
13 марта 2007 года Олег Митволь на заседании правительства Москвы выступил с докладом о незаконном строительстве в парках города. После этого Юрий Лужков уволил директора парка "Фили" Валерия Косабуцкого.
Еще одной совместной кампанией стала борьба с плавучими гостиницами и ресторанами у набережных Москвы-реки. Росприроднадзор проводил проверки, а власти Москвы — отключения воды, электричества и ограничение доступа к таким объектам. 11 апреля 2008 года Федеральная антимонопольная служба признала действия мэрии незаконными.