临沭县属淮河流域，境内除镇武河38平方公里面积属滨海水系外，余皆属沭河水系。境内长度10公里以上的河流有13条，长度小于10公里的河流有数百条，构成县域内较密集的水网，但都为季节性河流。
沭河 俗称茅河。为临沭县最大过境河流。境内新沭河和老沭河总长69公里，流域面积1000平方公里。最高洪峰曾达10600立方米/秒。沭河源于沂山泰薄顶南麓，于本县大闫庄入境南下，流经齐庄、朱崔、埠前、南古、彭古，在后河口折向东，于石门镇大官庄处分为两支，一支沿旧河道向南经大岱入郯城县，俗称老沭河，一支向东为新沭河。
新沭河 分泄沭河洪水的人工河道，未开挖前称沙河。1949年－1953年，导沭整沂工程中开挖。1971年－1981年，沂沭河洪水东调工程中扩大开挖。河起自大官庄村西北接沭河，经大兴镇出境，入江苏省石梁河水库。境内全长20公里，流域面积714.7平方公里。1998年3月，沂沭河洪水东调工程续建，将泄洪标准提高到50年一遇，引洪能力达6000立方米/秒。
分沂入沭水道 为过境人工河。1951年开挖，1955年和1971年两次扩大。境内总长14公里，河道宽200米－210米。沂河水从郯城县李庄镇彭道口入口，自大墩西北部入境，向南经朱村、河口到大官庄入沭河，设计引洪量4000立方米/秒。1974年8月14日，分泄沂河洪峰流量达3180米/秒。
总干排水沟 为沂沭河洪水东调工程时期人工开挖的排水沟，始挖于1971年。起自黄白沟入口，流经黄庄、曹庄、朱村、后河口，至前河口村西入老沭河。全长8.7公里，流域面积87.3平方公里。支流有黄白沟、华大沟，均系人工开挖而成。
牛腿沟 位于沭河东岸，源于金盆底东，流经宅子、南古，至后湖入新沭河，全长21.5公里，流域面积91平方公里，平均年径流量2275万立方米。20世纪50年代前，由于受沭河大堤所阻，大雨洪水时积水旬月不退。1951年列入导沭工程治理，将上下游洪水分别排入苍源河和沭河。后于1958年、1962年、1972年3次深挖治理，干沟排涝标准提高到10年一遇，流域内8000余公顷耕地成为稳产高产田。
苍源河 古名义水，又称夏庄河、花冒河。源于青云镇大山东麓，自凌山头经县城、东河口、陈宅，至大于科入新沭河，全长42公里，流域面积226.9平方公里，年径流量7120万立方米。支流有庙庄河、朱车河、于店河、楮林河。上游建有凌山头水库。支流楮林河，发源大琅琳子东岭，经东八里巷、郇楮林入苍源河，长17公里，流域面积55.9平方公里。
穆疃河 源于朱仓乡竖子山东麓，流经穆疃、东盘、杨庄，至石门头与朱范河汇流，入江苏石梁河水库。全长24公里，流域面积126.8平方公里，多年平均径流量2910万立方米。支流有朱仓河、东盘河、西盘河、杨庄河、蛟龙河。
韩村河 源于青云镇大山西麓，流经韩村、白旄，至后叶埠入沭河。全长23公里，流域面积100平方公里。年径流量4176万立方米。支流有石柱山河、黄河东河、东白旄河、三曹排水沟等。支流白旄河发源于青云山西坡，经曹岭、柳庄、腾马入韩村河，长11公里，流域面积20平方公里。
坊口河 源于石柱山，流经赵窝、坊口、黄泥沟，穿龙窝灌区总干渠，至齐庄入沭河。全长5公里，流域面积15平方公里。
石门河 源于江苏省东海县李埝林场高山子一带，至张巡会入新沭河，全长14.5公里（境内长5公里），流域面积92.9平方公里（境内流域面积59平方公里），多年平均径流量1870万立方米。支流有石门南河、欧疃河、石门北河。
凉泉子河 又名塘子河。源于玉山镇罐子山东麓，经黄谷峪、小湾子，至石门头与穆疃河汇流。全长23.5公里，流域面积53平方公里，年平均径流量680万立方米。
镇武河 源出玉山镇栗子山北麓，流经玉山、河湾、金鸡墩、镇武庙，至陈林村东北出境，流入江苏省赣榆县塔山水库。境内全长8公里，流域面积38平方公里，年平均径流量1520万立方米。是本县唯一属滨海水系的河流。
羽源河 又名观堂河，位于县境东南部，发源于羽山北麓，故名羽源河。全长12.7公里，流经大兴镇小沈埠、涝枝街、芦观堂、荣观堂、古龙岗、东双槐树等村庄，注入新沭河。河床最宽80米，流域面积34平方公里。主要支流有五块石河、观堂河、沈埠河等。