三源汇合后,呈西南—东北流向,经东哨、水泉乡,至水泉东纳入牤牛河(又名“牛儿河”,上游名“深井河”,发源于建平县深井乡努鲁儿虎山梁,流长66公里)。而后,进入朝阳县境,仍取东北向流,经乌兰河硕、木头城子镇,纳入胜利河。又经台子、大平房乡,纳入老虎山河(古称“波甸台根河”,发源于内蒙古敖汉旗大青山西麓,流长75公里)。经馒头营子乡,于下三家乡嘎岔纳入大三家河,于十二台乡纳入八道河水。再经朝阳市城区(包括双塔、龙城二区境),于城北纳入十家子河后,再经他拉皋、长宝营子乡,于金沟车站东流入北票市境。此段流长80公里。河流进入北票市境后仍为东北向流,经章吉营、南八家子、大板、下府等乡后折转东南,于九官台门进入锦州市义县境内,流长57公里。而后,大凌河经义县、锦县流入渤海。在北票段中,于桃花吐乡坤都营子纳入顾洞河(又称“哈尔脑河”,古称“固都河”,发源于平顶山南侧,流长60公里),于上府纳入凉水河(又名“百里水”,有二源均出自平顶山东麓),于下府乡纳入牤牛河(牤牛河是大凌河一条较大的支流,又名“北土河”,古称“滥真水”,蒙古语为“图尔根河”。发源于内蒙古奈曼旗的黄音他拉,由台吉营乡入北票市境,流向西南,为北票、阜新的界河。先后有固尔班和尔图泉水及黑城子河、宝国老河、马友营河、什巴奤河、蒙古营河等水汇入。全长136公里,流域总面积为4400平方公里,流经北票市境71公里),又于常河营乡纳入长皋河,于九官台门纳入衮齐老河。
大凌河在朝阳市境内,流经5县1市2区,总流长为283公里,总流域面积为14162平方公里,最大径流量为15600立方米/秒,最小径流量0.09立方米/秒,年平均径流量为8.82亿立方米,可利用水总量为6.5549亿立方米。境内共有大凌河支流22条,主要支流有大凌河西支、老虎山河、牤牛河等。大凌河流域主要水利工程有宫山嘴水库、菩萨庙水库、瓦房店水库、龙潭水库等。