W przeciągu ostatnich 40 lat rzeki PKMWiW były wielokrotnie badane. Stwierdzono w nich występowanie 2 gatunków minogów (strumieniowy i ukraiński) i 34 gattunki ryb. Do bardziej pospolitych ryb występujących w rzekach parku należą: szczupak, płoć, karaś, jelec, kleń, wzdręga, boleń, słonecznica, lin, kiełb, leszcz, ukleja, krąp, karp, miętus, ciernik, okoń i jazgarz. Sporadycznie spotkać można brzanę, świnkę, różankę, piskorza, kozę i kozę złotawą oraz sandacza. 

Spośród 18 gatunków płazów występujących w kraju na terenie parku stwierdzono ich 12 gat. Traszkę zwyczajną obserwowano w starorzeczu k. Siemiechowa, grzebiuszkę ziemną k. Niechmirowa oraz w dołach torfowych k. Szynkielowa. W tych dołach słyszano też ropuchę paskówkę, która również występuje na śródłąkowych kałużach w okolicach Grabna. W Grabnie i na stawach w Woli Wężykowej odkryto pojedyncze samce ropuchy zielonej. Chóru kumaka nizinnego wysłuchać można w okolicach wsi Jeziorko,  Zamość i Wola Wężykowa natomiast rzekotkę drzewną spotyka się w dolinie Warty w Rychłocicach i Tyczynie oraz w torfiankach k. Szynkielowa i starorzeczu k. Jeziorka. 
Gady występują raczej rzadko stwierdzono jaszczurki: zwinkę, żyworodną i padalca oraz węże: zaskrońca zwyczajnego i żmiję zygzakowatą. Zaskroniec występuje w pobliżu wód płynących i stojących, gdzie ma pod dostatkiem żab - swego głównego pokarmu. Żmiję natomiast stwierdzono tylko w rezerwacie Hołda.

W parku dotychczas zaobserwowano ok. 140 gatunków ptaków, z czego 127 uznano za lęgowe. Bąk (czapla o donośnym, buczącym głosie) zamieszkuje trzcinowiska k. Jeziorka. Gatunkiem typowym dla torfowisk jest żuraw. W okolicach rezerwatu Korzeń, miejscowości Szynkielów, a także w dolinie Grabi gniazduje do kilku par tych ptaków. W rezerwatach Korzeń i Hołda stwierdzono również obecność samotnika, brodźca lęgnącego się w gniazdach drozdów. 
Podmokłe łąki zamieszkują czajki, bekasy kszyki, sporadycznie krwawodzioby, cyranki i wyjątkowo płaskonos.
W 1997 roku na łąkach k. Piasków i Anielowa słyszano 4 samce derkacza. 

Na Warcie w okolicy Konopnicy oraz na Widawce przy ujściu Grabi obserwowano lęgowe pary tracza nurogęsia. Piaszczyste łachy zamieszkują piskliwce i sieweczki rzeczne, a w stromych skarpach norki kopią zimorodki i brzegówki. W trakcie przelotów obserwowano na Warcie stadko gągołów i świstuna. Spotyka się koczujące stada kormoranów i pojedyncze czaple siwe, które jednak nie gniazdują na terenie parku. Ponadto zalatują tutaj rybitwy rzeczne i czarne. Wśród ptaków drapieżnych należy zwrócić uwagę na gniazdowanie 2 par błotniaka łąkowego w dolinie Grabi w latach 1993-1994, tuż poza granicami parku, oraz na obserwację 1 osobnika w sezonie lęgowym koło Piasków. 

Spośród 42 gatunków ssaków stwierdzonych na terenie Międzyrzecza 12 gatunków to nietoperze. Znaleziono tu kolonie m.in. borowca wielkiego, nocka Natterera, nocka wąsatka i Brandta, karlika malutkiego i większego oraz mopka. Teren ten zamieszkany jest także przez bobry, których dwie rodziny zostały w latach 90. wsiedlone do Widawki. Żyją tu także wydry.  Do interesujących ssaków odnotowanych na tym terenie należy badylarka. Z owadożernych często spotykana jest ryjówka aksamitna, rzadziej rzęsorek rzeczek i ryjówka malutka. Pozostawione ślady i tropy świadczą o tym, że jelenie i dziki znajdują na tych terenach miejsce schronienia i żerowania.