Nậm Pồ bắt nguồn từ dãy núi ở biên giới Việt - Lào, ở xã Vàng Đán huyện Nậm Pồ 21°44′35″B 102°40′6″Đ / 21,74306°B 102,66833°Đ / 21.74306; 102.66833 (Nậm Pồ).

Đoạn đầu nguồn thì sông chảy cong, từ hướng đông nam chuyển đông rồi đông bắc, rồi bắc. Tại xã Vàng Đán sông chảy hướng tây bắc, đến Nà Khoa thì đổi hướng đông bắc, chảy qua rìa phía tây xã Chà Tở.

Tại xã Nậm Chà thuộc huyện Nậm Nhùn, tỉnh Lai Châu sông hợp lưu với dòng Nậm Chà chảy từ phía tây đến 22°5′5″B 102°52′31″Đ / 22,08472°B 102,87528°Đ / 22.08472; 102.87528 (Nậm Pồ).

Đoạn sông tiếp theo có tên Nậm Nhạt dài 12 km, chảy theo hướng đông bắc, đi qua bản Nậm Nhạt xã Nậm Chà, đổ vào sông Đà phía tả ngạn, phía thượng lưu Thủy điện Lai Châu cỡ 5 km [3].