Kość udową, długości 28 cm, określają Thewissen i inni jako krępą i krótką. Nie wyróżnia się żadnymi wyrostkami mogącymi stanowić przyczepy mięśni. Jedynie w dole krętarzowym przyczepiały się mięśnie rotujące bocznie kończynę w stawie biodrowym. Dalszy koniec kości jest wąski, podobnie jak następująca dalej kość piszczelowa i jeszcze dalsza kość skokowa. W stawach kolanowych i skokowym ruchy zachodziły głównie w płaszczyźnie strzałkowej. Kończyna dolna kończy się stopą, którą kreatorzy rodzaju opisują jako ogromną. Czwarta kość śródstopia mierzy bowiem 14,5 cm, a następujący po niej palec jest jeszcze dłuższy, osiągając długość 17 cm. Piąty palec jest tylko nieco krótszy, choć mniej potężny. Palce kończą się kopytkami, Thewissen i inni porównują je do kopytek występujących u Mesonychia. W czasach odkrycia Ambulocetus uznawano bowiem, że walenie pochodzą od Mesonychia, mimo że już w 1994 Graur i Higgins opublikowali wyniki badań genetycznych przeczących rozpowszechnionemu poglądowi, jakoby walenie były jedynie krewnymi parzystokopytnych.