Sông Chảy bắt nguồn từ sườn tây nam đỉnh Tây Côn Lĩnh (2.419 m) và sườn đông bắc đỉnh Kiều Liên Ti (2402 m) trên khối núi thượng nguồn sông Chảy, phía tây bắc tỉnh Hà Giang, vượt qua các tỉnh Lào Cai, Yên Bái rồi chảy vào sông Lô ở Đoan Hùng, tỉnh Phú Thọ. Dòng chảy của sông rất phức tạp, lòng sông hẹp, sâu, sườn dốc và nhiều thác gềnh. Trên địa bàn tỉnh Hà Giang, sông chảy theo hướng Đông - Tây qua các huyện Vị Xuyên, Hoàng Su Phì, Xín Mần rồi qua huyện Si Ma Cai của tỉnh Lào Cai. Trên đoạn này, khoảng 5km của sông Chảy là biên giới Việt - Trung giữa tỉnh Lào Cai với tỉnh Vân Nam, Trung Quốc. Theo sách “Kiến văn tiểu lục” của Lê Quý Đôn, sông Chảy được gọi tên là Lôi Hà. Còn theo sách “Tang thương ngẫu lục” thì sông Chảy được gọi với các tên khác là Bái Hà. 

Sau khi hợp nhất các dòng chảy từ các nhánh suối thuộc sườn tây nam đỉnh Tây Côn Lĩnh và sườn đông bắc đỉnh Chiêu Lầu Thi, từ thị trấn Vinh Quang huyện Hoàng Su Phì, lòng sông được mở rộng và lưu lượng nước lớn dần. Từ đây, sông chảy theo hướng đông - tây, qua huyện Xín Mần, tại đoạn này, Sông chảy được ngăn lại bởi đập thủy điện Sông Chảy 5 tại Km 86 tỉnh lộ 177, sau đó sông tiếp tục chảy qua địa phận huyện Xín Mần tỉnh Hà Giang và được tăng cường lưu lượng nước của con suối Nấm Dẩn bắt nguồn từ khu vực Thác Tiên - Đèo gió và chảy qua địa phận huyện Si Ma Cai tỉnh Lào Cai. Trên đoạn này, khoảng 5 km của sông Chảy là biên giới Việt - Trung giữa tỉnh Lào Cai, Việt Nam với tỉnh Vân Nam, Trung Quốc. Từ chỗ giáp ranh hai xã Tả Gia Khâu và Thào Chư Phìn của huyện Si Ma Cai, sông chảy theo hướng bắc - nam tới địa phận hai xã Cốc Ly và Nậm Mòn thuộc huyện Bắc Hà. Sau đó, sông chảy theo hướng tây bắc-đông nam qua địa phận xã Việt Tiến (huyện Bảo Yên) sông tiếp tục chảy vào địa phận các xã Minh Chuẩn, An Lạc và Tô Mậu của huyện Lục Yên tỉnh Yên Bái. Trên đoạn sông này, Sông Chảy được ngăn lại bởi Đập thủy điện Thác Bà nên lòng sông mở rộng ra và nâng cao thành lòng hồ với chiều dài hơn 50 km. Sau khi chảy qua thị trấn Thác Bà và các xã Hán Đà, Đại Minh của huyện này thì nó chảy vào xã Đông Khê, huyện Đoan Hùng tỉnh Phú Thọ để sau đó hợp lưu với sông Lô tại ranh giới giữa thị trấn Đoan Hùng và hai xã Chí Đám, Hữu Đô thuộc huyện Đoan Hùng tỉnh Phú Thọ.

Bản vẽ sông Chảy trong tác phẩm của nhà truyền giáo Léon-Xavier Girod
 

Nằm trên toàn bộ khu vực thượng nguồn Sông Chảy là vùng đất canh tác nông nghiệp của cư dân các huyện Hoàng Su Phì và Xín Mần của tỉnh Hà Giang bao gồm các thửa ruộng bậc thang màu mỡ, nương vườn trồng hoa màu. Quá trình canh tác nông nghiệp chủ yếu dựa vào thiên nhiên nên đây là nguồn tưới tiêu hết sức quan trọng trong sản xuất nông nghiệp của người dân ở đây. Ngoài ra, đây cũng là nguồn cung cấp năng lượng sạch quan trọng cho cư dân để làm cối nước giã gạo, chạy máy phát điện và cũng là nguồn cung cấp nước ngầm sạch tự chảy dùng trong sinh hoạt cho nhân dân trong khu vực.

Do đặc điểm lòng sông nhiều thác ghềnh, nguồn nước sạch, khí hậu mát mẻ nên Sông Chảy là nơi sinh sống của nhiều loài cá nước ngọt có giá trị kinh tế cao như: Dầm xanh, cá chiên, cá lăng, cá bỗng...  Với nguồn nước rồi dào, độ dốc lớn, nhiều thác ghềnh nên Sông Chảy là nguồn tiềm năng lớn để xây dựng các công trình thủy điện. Đặc biệt, tại khu vực thượng nguồn lòng sông có độ dốc lớn và hiểm trở, lưu lượng nước dâng cao về mùa mưa trong khi tuyến tỉnh lộ 177 đoạn từ xã Nậm Dịch đến huyện lỵ Xín Mần luôn nằm sát bờ phía bắc rất thuận tiện cho việc cứu hộ và quan sát nên đây là điều kiện lý tưởng cho các tay đua thuyền mạo hiểm khám phá khu vực thượng nguồn Sông Chảy.

Hai bên sông là thảm thực vật mướt xanh, những chi lưu tiếp nước cho dòng chảy, và thắng cảnh hang Tiên không chỉ là nơi dừng chân khám phá vẻ đẹp của thiên nhiên huyền bí, mà còn là địa chỉ khảo cổ rất có giá trị. Qua hang Tiên, thuyền trôi êm đềm vài cây số là tới địa phận làng Trung Đô – ngôi làng từng là nơi luyện quân, tập hợp nghĩa binh của An Tây Vương – Gia Quốc công Vũ Công Mật, cùng tướng quân bản địa Hoàng Vần Thùng, ngày nay là một trong những địa chỉ văn hóa tâm linh nổi bật của Bắc Hà. Tới Trung Đô, du khách được tìm hiểu quá khứ hào hùng của một thời dựng nước và giữ nước, được thưởng ngoạn những tiết mục múa cổ truyền của người Tày địa phương.