从台北盆地的南边流入，与其支流景美溪合流后，形成台北市西南方与新北市的自然边界。河道向西北蜿蜒流经景美、公馆、古亭等地，至万华附近与大汉溪合流后，始称为淡水河。此后向北流经大稻埕、社子，至关渡附近与支流基隆河会合前，亦形成台北市西方与新北市的自然边界。基隆河自盆地东北边流入，经南港、松山、内湖、士林、北投等地，横贯台北盆地的北半部。过去因河道极为弯曲，每遇大雨常有水患，因此在南港至士林间的部分河道实施过截弯取直工程。景美溪系由盆地东南边流入，横贯文山区后于景美注入新店溪。另有发源于盆地北侧山区的磺溪、外双溪