Se encuentra ubicada en la parte Sur de la planicie oriental, la cuenca del Río Tercero es la única cuenca de la provincia de carácter exorreico (sus aguas llegan al Océano Atlántico). En esta cuenca, desaguan cursos que descienden de las pendientes orientales de las Sierras de Las Peñas y de las últimas estribaciones de la Sierra de Comechingones. Nace en las proximidades del cerro Champaquí, a más de 2.000 msnm, en una zona cuyo régimen de precipitaciones (pluviales y nivales) varía entre los 600 y 1000 mm/año, ubicándose su cuenca alta en el valle de Calamuchita. Luego discurre por el Valle de La Cruz, siendo éste menos ríspido que el anterior, hasta que ingresa en la penillanura en donde se han construido numerosos lagos artificiales escalonados (entre ellos: Cerro Pelado, Arroyo Corto, Embalse Río Tercero y Piedras Moras) con dos principales funciones: obtener energía hidroeléctrica y regular el caudal.
Sus principales afluentes son los ríos Santa Rosa, el arroyo de Amboy y los ríos Grande, Quillinzo, y de la Cruz. Todos estos ríos, son embalsados por la Presa de Cerro Pelado y por el Embalse de Río Tercero, el mayor espejo de agua artificial de la provincia (Figura 10).
A partir de aquí, el Río Ctalamochita, atraviesa la Sierra Chica por una estrecha quebrada, donde existen una serie de presas realizadas para el aprovechamiento de sus aguas, con fines hidroeléctricos. Así se encuentran, aguas abajo del citado embalse, las presas de Ing. Reolín y Piedras Moras, Posteriormente, el río ingresa en la llanura, con escasa pendiente, tornándose en un río meandroso, con barrancas en sus márgenes. Pasando la Ciudad de Bell Ville, recibe los aportes del Arroyo Algodón, por su margen derecha, uniéndose luego al Río Saladillo, para formar el Río Carcaraña.


El Embalse de Río Tercero es el reservorio de mayor envergadura del sistema, posee un espejo de agua de 46 km2 y un volumen de 560 hm3.
Las localidades y ciudades que se abastecen de este río no solo incluyen aquellas que se establecieron a la vera del río (Río Tercero, Villa María, Bell Ville, Marcos Juárez) sino también que se llega a través de una extensa red de acueductos tanto de fuente superficial como subterránea extendiendo su área de influencia hacia el norte como al sur. Hacia el norte desde la localidad de Villa María se extienden acueductos a más de 240 km abasteciendo a Localidades como Las Varillas, San Francisco, llegando a Morteros en el NE de la provincia. Por el Sur los acueductos se extienden hasta la localidad de Laboulaye en un recorrido de más de 190 km. Desde las localidades de Bell Ville, Leones y Marcos Juárez se extienden redes de acueductos de agua superficial y subterránea mediante los cuales se abastece a casi todas las localidades del Sureste de la Provincia.