朔州市河流分屬海河流域和黃河流域。以兒女山、黃土坡、虎頭山、黑駝山、兩狼山為界，以西為黃河流域，以東為海河流域。黃河水系分佈於境內北部和西北部地區，主要有滄頭河及其支流關河、湯溪河、紅河、幹河、偏關河等6條河流。流域面積2953平方公里，佔全市國土面積的27.7％。海河流域永定河水系是本市的主要水系，分佈在東部和南部的平原地區，主要有桑乾河及其支流恢河、七里河、歇馬關河、元子河、黃水河、木瓜界河、渾河、口泉河、大峪河、鵝毛河、小峪河等20條河流，流域面積7690平方公里，佔全市國土面積的72.3％。
桑乾河 古稱漯水，溹涫水，是境內最大的河流。主源恢河發源於寧武管涔山，北源元子河發源於左雲縣杏子堡村，兩源在朔城區二十里鋪匯合後始稱桑乾河。該河從西南向東北流經朔城區、山陰縣、應縣及懷仁縣，匯入永定河。境內河長183.2公里，河床寬200米，流域面積7690平方公里。河川徑流以降雨、泉水補給為主，上游各支流為時令河，季節性很強，幹流水量變化較小，流量為0.7立方米/秒～0.5立方米/秒，7月～9月洪水期流速高達2.5立方米/秒，含沙量較大。近年因上游工業用水量大，水庫蓄水多，故水量減少，經常斷流。
恢河 源於寧武管涔山，到朔城區神頭泉匯入桑乾河，境內長度74公里，流域面積1273平方公里，清水流量0.38立方米/秒。
黃水河 古稱治水，又名溼水。發源於朔城區王萬莊，經朔城區、山陰縣到應縣，在應縣匯入桑乾河。境內長度103公里，流域面積3630平方公里，清水流量0.13立方米/秒～1.5立方米/秒。河水渾如黃湯，河床無定，歷史上對兩岸農田、村莊危害很大。近年水量減少，經常乾涸無水。
渾 河 古稱崞川水，源於渾源縣崞山(南嶺關)。從渾源流經應縣，到懷仁縣匯入桑乾河。境內全長42公里，清水流量0.45立方米/秒。因有應縣鎮子梁水庫蓄水攔河，對農田生產較為有利。
元子河 源於左雲縣杏子堡村，經右玉縣、平魯區，在朔城區匯入桑乾河，境內長度133公里，流域面積1068平方公里，清水流量0.2立方米/秒，為季節性河流。
滄頭河 為本市西北部較大的河流，屬黃河一級支流，發源於平魯區郭家窯、大破石，在右玉境內東西兩岸接納馬營河、歐家村河、牛心河、李洪河、大沙河等支流後，經殺虎口出境在內蒙古匯入清水河，入黃河。境內全長96公里，流域面積2036平方公里，河道寬100米～300米，幹流比降1/140～1/400，清水流量0.5立方米/秒，徑流模數4.22立方米/平方公里，年徑流量8760萬立方米。
除以上主要河流外，還有1000餘條山峪、河道。特別是神頭泉群是山西高原著名的岩溶大型泉群之一，泉群分佈面積5平方公里，泉水流量多，年平均(1956年～1984年)達8.15立方米/秒，最大流量可達9.78立方米/秒。近年平均流量僅為6.54立方米/秒。
