Det var första gången som STV-systemet (Single Transferable Voice) användes för att välja två medlemmar på samma avdelning i ett urval.
SNP toppade omröstningen i valet av Leith Walk, medan Scottish Labour vann andra plats från De gröna.
Bivalet kallades efter att Deidre Brock av SNP och Maggie Chapman av den skotska De gröna avstod.
SNP:s John Lewis Ritchie toppade Leith Walk-undersökningen med 2,290 röster. Han valdes i etapp ett i STV-processen med en sväng i första preferensröster på 7,6 % från Labour.
Labour's Marion Donaldson fick 1 623 röster, framför Susan Jane Rae från de skotska gröna den 1.381.
Donaldson valdes i etapp 10 av omröstningsprocessen efter det att andra preferenser hade övervägts.
Bivalet inkallades efter det att Brock avstod när hon valdes till SNP-ledamot för Edinburgh North och Leith i maj.
Chapman, från de skotska gröna, avgick från sin post för att koncentrera sig på att ställa upp i det skotska parlamentet i valet till maj nästa år.
Valdeltagandet var 25,1 %.
SNP hade också Midlothian West-sätet i Midlothian Council med en swing på 6,3% från Labour.
Partiets Kelly Parry fick 1 540 röster före Labours Ian Miller på 945 röster.
Bivalet hölls efter att Owen Thompson valts till SNP-ledamot i Midlotiens valkrets.
Två nya fullmäktigeledamöter har valts i ett by-val i staden Edinburgh.