朔州市河流分属海河流域和黄河流域。以儿女山、黄土坡、虎头山、黑驼山、两狼山为界，以西为黄河流域，以东为海河流域。黄河水系分布于境内北部和西北部地区，主要有沧头河及其支流关河、汤溪河、红河、干河、偏关河等6条河流。流域面积2953平方公里，占全市河流面积的27.7％。海河流域永定河水系是我市的主要水系，分布在东部和南部的平原地区，主要有桑干河及其支流恢河、七里河、歇马关河、元子河、黄水河、木瓜界河、浑河、口泉河、大峪河、鹅毛河、小峪河等20条河流，流域面积7690平方公里，占全市河流面积的72.3％。
桑干河
古称溹涫水，是境内最大的河流。主源恢河发源于宁武管涔山，北源元子河发源于左云县杏子堡村，两源在朔城区二十里铺汇合后始称桑干河。该河从西南向东北流经朔城区、山阴县、应县及怀仁县，汇入永定河。境内河长183.2公里，河床宽200米，流域面积7690平方公里。河川径流以降雨、泉水补给为主，上游各支流为时令河，季节性很强，干流水量变化较小，流量为0.7立方米／秒——0.5立方米／秒，7月至9月洪水期流速高达2.5立方米／秒，含沙量较大。近年因上游工业用水量大，水库蓄水多，故水量减少，经常断流。
恢河
源于宁武管涔山，到朔城区神头泉汇入桑干河，境内长度74公里，流域面积1273平方公里，清水流量0.38立方米／秒。
黄水河
古称治水，又名湿水。发源于朔城区王万庄，经朔城区、山阴县到应县，在应县汇入桑干河。境内长度103公里，流域面积3630平方公里，清水流量0.13立方米／秒——l.5立方米／秒。河水浑如黄汤，河床无定，历史上对两岸农田、村庄危害很大。近年水量减少，经常干涸无水。
浑河
古称崞川水，源于浑源县崞山（南岭关）。从浑源流经应县，到怀仁县汇入桑干河。境内全长42公里，清水流量0.45立方米／秒。因有应县镇子梁水库蓄水拦河，对农田生产较为有利。
元子河
源于左云县杏子堡村，经右玉县、平鲁区，在朔城区汇入桑干河，境内长度133公里，流域面积1068平方公里，清水流量0.2立方米／秒，为季节性河流。
沧头河
为我市西北部较大的河流，属黄河一级支流，发源于平鲁区郭家窑、大破石，在右玉境内东西两岸接纳马营河、欧家村河、牛心河、李洪河、大沙河等支流后，经杀虎口出境在内蒙古汇入清水河，入黄河。境内全长96公里，流域面积2036平方公里，道宽100米至300米，清水流量0.5立方米／秒，年径流量8760万立方米。
除以上主要河流外，还有1000余条山峪、河道。特别是神头泉群是山西高原著名的岩溶大型泉群之一，泉群分布面积5平方公里，泉水流量多，1956年至1984年年平均达8.15立方米／秒，最大流量可达9.78立方米／秒。近年平均流量仅为6.54立方米／秒。
