A flora pré-existente, com pontuais vestígios da antiga mata densa e rica, era maioritariamente composta por espécies invasoras, com predominância das acácias (mimosas e austrálias) e eucaliptos, restando poucas espécies autóctones ou de destaque que, a custo, subsistiam no emaranhado existente. Destas destacam-se carvalhos, algumas sequoias e pseudotsugas, assim como várias espécies da flora ripícola, como os choupos e amieiros. A transformação da área da Devesa enquanto espaço verde, numa área de lazer, com uma dinâmica de uso própria, assim como a sua proximidade à cidade, ditaram a necessidade de um outro tipo de vegetação que promovesse a biodiversidade e possibilitasse a criação de vários cenários de utilização, funcionando ainda como barreira visual e sonora sobre a frente urbana.
A eliminação das espécies vegetais invasoras e infestantes originou a abertura de enormes clareiras, que foram ocupadas por novas espécies, ficando em destaque elementos relevantes que se sobreviveram, promovendo-se a existência de um ecossistema potenciador das qualidades ambientais, lúdicas e paisagísticas.
Na construção do parque foram instaladas 37 mil novas plantas, sendo atualmente as espécies dominantes o carvalho alvarinho, o pinheiro manso, as bétulas e os choupos,e, nas margens do rio, os amieiros e os salgueiros.
A partir do início de 2014, aplicou-se um modelo de gestão assente na promoção e potenciação da biodiversidade, que implica a existência de várias áreas do parque cuja vegetação cresce naturalmente e cujos cortes são esporádicos. Este tipo de gestão, com a interrupção do corte da vegetação nas margens do rio, permitiu o crescimento espontâneo de amieiros, salgueiros e outra vegetação ripícola, que contribuem para a restauração da galeria ribeirinha com a criação de habitats para a fauna, com zonas de sombra, abrigo e alimentação, a melhoria da qualidade da água bem como a estabilização das margens.
Em termos de coberto vegetal, poderemos identificar cinco áreas distintas no parque:
1 - Área de maciços de bordadura, que ladeia toda a orla mais exterior do parque e tem por objetivo a criação de uma barreira visual e acústica, para que o parque, estando na cidade, se alheie aos seus ruídos e funcione como uma “ilha verde” dentro do núcleo urbano. Nesta área estão instalados vários maciços de árvores de folha persistente e coníferas, com espécies como a casuarina, a magnólia e cipreste, entre outras.
2 - Área de bosque, situada na parte mais elevada do parque, caracteriza-se por uma elevada densidade de árvores, entre as quais se destaca a presença de carvalhos, castanheiros, nogueiras assim com manchas densas de bordos e de bétulas. Esta área do parque tem por objetivo a proteção e refúgio da fauna selvagem assim como a promoção da biodiversidade. É nesta área do parque que estão localizados alguns dos exemplares que foram preservados do anterior bosque como as sequoias, os carvalhos, eucaliptos ou pseudotsugas.
3 - Área de maciços de transição, localizada entre o caminho principal e os secundários e faz a transição de zonas fortemente arborizadas para zonas mais amplas e extensas do parque, permitindo uma estratificação visual da vegetação. É composta com exemplares isolados e maciços de árvore e arbustos como o falso-loureiro, faias, carpas, fotínias assim como várias espécies de carvalhos, gingkos e tulipeiros. É também nesta área que podemos encontrar zonas de carvalho-alvarinho assim como árvores de fruto com predominância de cerejeiras, ameixeiras, e marmeleiros e alguns citrinos.
4 - Faixa de vegetação ripícola, nas margens do rio, onde podemos observar amieiros e salgueiros (salgueiro-branco, salgueiro-chorão), carvalhos, ulmeiros, choupos-da-Lombardia e vidoeiros. Para além destas espécies, a vegetação ruderal e espontânea existente tem sido potenciada e preservada através do enrocamento e renaturalização das margens, estando presentes espécies como o agrião-de-água-doce, o aipo-selvagem, o trevo-branco, o trevo-ribeiro, a cenoura-selvagem, o pé-de-galo, a erva-alface, a artemísia-comum, os pampilhos, o cornichão, a erva-pessegueiro e a taboa.
5 - Áreas de prados e relvados, que compõem o coberto vegetal do parque, essencialmente com zonas extensas de prados e prados espontâneos (95 %) da com o objetivo de promover a biodiversidade, criando ao longo do ano espaços sem cortes para que a fauna possa encontrar abrigo e proteção.
