Các phụ lưu quan trọng từ thượng nguồn trở xuống.

• Sông Neo bắt nguồn từ xã Đình Phùng, Bảo Lạc, chảy theo hướng bắc, đổ vào sông Gâm ở thị trấn Bảo Lạc [3].
• Sông Nho Quế từ Lũng Cú, điểm cực Bắc nước Việt Nam, chảy đến Nà Phòng xã Lý Bôn thì đổ vào sông Gâm, lòng sông bắt đầu rộng ra [3].
• Nậm Mạ bắt nguồn từ thung lũng xã Tùng Bá, huyện Vị Xuyên, chảy theo hường đông nam, đổ vào sông Gâm ở xã Thượng Tân huyện Bắc Mê, đều trong tỉnh Hà Giang.
• Sông Năng dẫn nước từ Hồ Ba Bể bên tỉnh Bắc Kạn đổ vào sông Gâm ở xã Sơn Phú, huyện Na Hang, bên trên đập của Thủy điện Tuyên Quang gần 2 km.
• Một phụ lưu khác là một sông có nhiều tên, bắt nguồn từ núi Khau Den xã Liên Hiệp, Bắc Quang, Hà Giang với tên Ngòi Ba, và từ xã Tân Mỹ, Chiêm Hóa, Tuyên Quang thì có tên Ngòi Quang, đổ vào sông Gâm ở thị trấn Vĩnh Lộc, Chiêm Hóa.