phụ lưu lớn thứ hai của Sông Lô sau Sông Gâm, bắt nguồn từ núi Kiều Liêu Ti (2.402 m), Hà Giang. Từ Hoàng Su Phì đến Mường Khương chảy theo hướng đông - tây sau đó quặt theo hướng tây bắc - đông nam và đổ vào bờ phải Sông Lô tại Đoan Hùng. Lòng sông rất dốc, nhiều thác ghềnh, đặc biệt khi xẻ qua cao nguyên đá vôi Mường Khương - Bắc Hà đã tạo ra một hẻm vực rất sâu. Dài 319 km. Diện tích lưu vực 4.580 km2; mật độ sông suối 1,09 km/km2. Tại Thác Bà tổng lượng dòng chảy năm là 6 km3 ứng với lưu lượng trung bình năm là 192 m3/s và môđun dòng chảy năm: 31,6 l/s.km2. Mùa lũ từ tháng 6 đến tháng 10, chiếm khoảng 79,3% lượng dòng chảy năm; tháng 8 có lượng dòng chảy lớn nhất, chiếm khoảng 19% lượng dòng chảy năm. Tại Thác Bà năm 1971, đã xây dựng công trình thuỷ điện đầu tiên ở Miền Bắc Việt Nam với đập nước cao 60,8 m, diện tích mặt hồ 234 km2, dung tích chứa nước 3,6 km3.