黑河流域东部子水系由黑河干流及其分布在左右岸的约20余条小河组成，这些河流均发源于南部的祁连山。目前，除梨园河在正义峡以上汇入黑河干流外，其他支流出山后即被引灌或渗失于山前冲积扇，无地表水注入黑河干流。

黑河干流发源于青海省祁连县，从祁连山发源地到尾闾居延海，全长约928km。干流莺落峡以上为上游，河道长313km，流域面积1.0×104km2，上游地势高峻，气候严寒湿润，年均降水量350mm，近代冰川发育。莺落峡至正义峡之间为中游，河道长204km，流域面积2.56×104km2，中游地区绿洲、荒漠、戈壁、沙漠断续分布，地势平坦，是河西走廊的重要组成部分，这里光热资源充足，昼夜温差大，是甘肃省重要的灌溉农业区。正义峡以下为下游，河道长411km，流域面积8.04×104km2，下游阿拉善高平原，属于马鬃山至阿拉善台块的戈壁沙漠地带，地势开阔平坦，气候非常干燥，植被稀疏，是戈壁沙漠围绕天然绿洲的边境地区。(www.daowen.com)

黑河流域湖泊较少，较大的湖泊有东居延海（索果淖尔）和西居延海（嘎顺淖尔），是借黑河地表水和地下水补给的淡水湖。西居延海在20世纪50年代水面面积267 km2，1961年干枯；东居延海1958年水面面积35.5　km2，1992年干枯。自2000年黑河流域实施水量统一调度以来，连续14年实现了黑河水进入东居延海，实现了2005年以来的连年不干涸，累计入湖水量7.7×108m3，最大湖面面积达到42.8km2。