Elvas fjerneste kilde er Letjønna, i skog- og myrområdene øst for Milskiftet. Herfra renner Letjønnbekken mot vest og møter Milskiftbekken, som fortsetter mot vest til den løper sammen med Storolåa og Veslolåa og danner Olåa. Olåa renner mot sør gjennom myrområdet Olafloen til den munner ut i Øver Tallsjøen. For å verne myrområdene nord for Øver Tallsjøen ble Olafloen naturreservat opprettet i 2001. Tolja renner ut fra østenden av sjøen, og strekningen ned til Nedre Tallsjøen går i et krokete og ganske rolig løp. Fra Nedre Tallsjøen er elva ganske stri på det første stykket, før den snur mor sør og renner rolig gjennom jordbruksområdene ned mot Glåma. Før munningen renner elva gjennom bebyggelsen i tettstedet Tolga, og faller her sterkere igjen på de siste par hundre meterne.