西北区的主要外流河有长江支流嘉陵江、黄河、额尔齐斯河和奇普恰普河四条。嘉陵江流域仅局限于甘南高原东部和陇南山地。值得一提的是，历来被当作嘉陵江支流的白龙江，长度和径流量都远胜于前者。根据“河源唯远”原则，白龙江应是嘉陵江正源。
黄河两度进出甘肃，在甘肃形成峡谷与盆地相间的串珠状，盆地中发育多级阶地，然后自南向北纵穿宁夏进入内蒙古。含沙量也从此大量增加（表14．3．1，14．3．2）。年径流量约为335×107m3。
额尔齐斯河是我国唯一属于北冰洋水系的河流，流域分布于准噶尔盆地北部，年径流量126×108m3。奇普恰普河是一条常常被忽视的河流，但它却是重要的国际河流印度河的源流段的一支。尽管其在我国境内的流域面积仅有4 410km2，年径流量也只有2.9×108m3，但它表明我国西北喀喇昆仑山地部分属于印度洋水系。
内流河中，塔里木河以其 2 137km的长度居第一位。塔里木河流域囊括了塔里木盆地西部和北部。尽管其三大源流和田河、叶尔羌河和阿克苏河出山径流量多达212.5×108m3，但下游逐渐干涸，流程日益缩短已成定势。以博斯腾湖为归宿的开都河（年径流量33.8×108m3）和作为北疆重要灌溉水源的玛纳斯河（年径流量13×108m3）同样面临水量锐减的问题。伊犁河流域位于天山山地内部，是我国年径流量最多的内流河（170×108m3）。河西各内流河出山径流量共约75×108m3，但党河、疏勒河、黑河和石羊河四条最重要的河流分别只有3.15×108m3、9.94×108m3、15.5×108m3和6.9×108m3。