南流入滕州市境，至柴胡店镇南辛村西北，左岸有分洪道向南至枣庄市薛城区陶庄镇皇殿村注入大沙河。新薛河自分洪口继续西南流入微山县境，穿过老运河故道，最后在微山县城以南的爱湖村注入微山湖。全长89.6公里，流域面积686平方公里。途纳张庄河、大计河、羊庄河及小魏河等支流。