白河干流，全长280公里，发源于河北省沽源县，经赤城县，于白河堡进入北京市延庆县境，东流经怀柔区青石岭入密云县，沿途有黑河、汤河、白马关河等支流汇入，在张家坟附近注入密云水库。潮、白两河出库后，各自排放故道，于密云县城之西南的河漕村汇合后称潮白河。
在赤城县境内，其源一为独石水，发源于沽源县九龙泉，由独石口乡北栅口入赤城县境，称西河；一为红石河，由红石山经独石口城东为东河。流至赤城县城南而合，经独石口、猫峪、云州、赤城乡、赤城镇、样田、后城7个乡镇，由后城乡河东村出境，入北京市延庆县，下流注入白河堡水库，全长129公里，流域面积4038.3平方公里。河床平均宽度为31.3米，深0.91米，比降平均为10.3%，较大支流有马营河、红河、汤泉河等。汤泉河在县城东南侧与白河汇流，下流至后城隔河寨，与红河汇流，水量大增，河道变宽。
在延庆县境内，在白河堡乡北梁西入境，沿县境北部曲折东流至河口村纳红旗甸河，至菜木沟村有黑河汇入后，经沙梁子乡摩天岭南出境进入怀柔县。县境内河长55公里，河宽30米至70米，流域面积828.1平方公里。干流白河川已建设白河堡水库。
在怀柔区境内，怀柔境内51.7公里，在怀柔境内的流域面积为1280.7平方公里，平均纵坡2.7/1000。从延庆后山大北沟东约1公里处进入怀柔境，由宝山寺乡西帽山村变东西流为南流，至渣汰沟门有菜食河汇入，河床渐宽，形成数十里的白河大川，经宝山寺有天河汇入，至汤河口有汤河汇入，过后安岭往东形成一个接近360度的大迂回，于双文铺东琉璃河汇入，过白河北、青石岭至东峪沟门出怀柔境。境内主要支流汤河、琉璃河、天河的两岸，形成山区主要居住村落，行政村多位于沿河两岸，自然村则位于远离河川的山沟。因之，河川是山区社会活动的中心地带。
在密云县境内，白河，自龙门沟入密云县境，流经四合堂和石城两乡，于鹿皮关注入密云水库。段长20公里，河床镶嵌在峡谷中，最窄处仅10多米，比降大，水流湍急，切割作用大，多呈“V”字型。于溪翁庄从水库泄出后，经翁庄镇、密云镇，在十里堡乡河漕村东与潮河相汇，称潮白河。水库以上河段常年有基流，水库以下河段长27公里，河道开阔，因水库多年不放水，已成干河道。县内流域面积320平方公里。
