開通当初は、高額な通行料金による通行量の少なさから自然渋滞は発生しなかったが、通行料の値下げ施策により次第に交通量が増加したことで、通勤時間帯やゴールデンウィークなどピーク期に、東京湾アクアトンネルの両端にあたる川崎浮島ジャンクション（上り線）と海ほたるPA入口（下り線）付近で、速度低下による1km程度の混雑が日常的に見られるようになった。休日の日中は、海ほたるPAへの入庫待ちのために、分岐手前付近で渋滞を起こすこともある。また、トンネルや連絡橋の坂道とほぼ直線という線形から、追突事故や故障車が発生しやすく、車線規制による事故渋滞を生ずることもある。
交通量が飛躍的に増加した2012年以降は、週末・休日の夕方に上り線川崎浮島JCTからアクア連絡道の木更津JCTまで全線にわたる渋滞が頻繁に発生するようになった。
主に川崎・東京方面から、房総半島へレジャーで向かったマイカーが、Uターンラッシュを生じさせるものであり、木更津JCTから川崎浮島JCTまで90分以上になることもある。これは、川崎浮島JCTの接続道路となる首都高速湾岸線と異なり片側2車線である上、アクア連絡道と木更津金田ICが合流する木更津本線料金所手前と、川崎浮島JCT手前の登坂速度低下がボトルネックとなっており、交通容量の逼迫から発生するものである。
下り線においては、週末・休日の朝から昼にかけて、海ほたるPA手前や木更津金田IC付近を先頭とする渋滞が、接続する首都高速湾岸線両方向にも伸び、大型連休時などは、大井JCTから海ほたるPAまで数時間費やすこともある。
