I vest starter Nordre Dvina-kanalen ved elva Sjeksna (som er en del av Volga-Østersjøkanalen), 10 km sør for byen Kirillov. Kanalen går først nordover mot Kirillov, deretter mot nordøst gjennom flere mindre innsjøer, før den gradvis snur mot sørøst, og ender opp i den nordvestre enden av Kubenskojesjøen, hvor Sukhona-elva løper ut i sørøst.