Elven har sitt utspring i Kobushi-fjellet på grensen til Saitama, Yamanashi og Nagano, og renner videre mot nordøst og møter elven Sai fra Matsumoto. Kawanakajima (川中島), møtestedet for Chikuma og Sai, ligger på et historisk sted hvor slagene ved Kawanakajima fant sted. Deretter svinger elven mot nordøst og munner ut i Japanhavet ved byen Niigata.