Phần thượng lưu sông ở Trung Quốc bắt nguồn từ vùng núi Nghiễm Sơn 23°27′29″B 104°36′38″Đ / 23,458165°B 104,610663°Đ / 23.458165; 104.610663 (Nghiễm Sơn) tỉnh Vân Nam Trung Quốc, ở độ cao 1.500 m, chảy theo hướng đông sau đó là đông nam khi tới biên giới. Đoạn biên giới dài 16,4 km.

Vào đất Việt 23°23′04″B 105°17′06″Đ / 23,384392°B 105,285087°Đ / 23.384392; 105.285087 (title) tại xã Lũng Cú, sông đi qua các huyện Đồng Văn, Mèo Vạc tỉnh Hà Giang, và đổ vào sông Gâm tại Nà Phòng 22°56′45″B 105°32′59″Đ / 22,94588°B 105,549757°Đ / 22.945880; 105.549757 (Nà Phòng) thuộc xã Lý Bôn, huyện Bảo Lâm, tỉnh Cao Bằng [2].

Sông dài 192 km, phần chảy ở Việt Nam dài 46 km. Diện tích lưu vực 6.052 km² (phần ở Việt Nam 2.010 km²), độ cao trung bình 1.255 m, độ dốc trung bình 18,7%. Sông chảy qua thung lũng dạng hẻm vực. Tổng lượng nước bình quân nhiều năm khoảng 2,69 km³, tương đương lưu lượng nước bình quân năm là 85 m³/s và môđun dòng chảy năm là 15,8 l/s/km².

Một phụ lưu là sông Nhiệm ở phía hữu ngạn, đổ vào Nho Quế tại ranh giới 3 xã Niêm Sơn (tỉnh Hà Giang), Đức Hạnh và Lý Bôn (tỉnh Cao Bằng).