Kelkit ırmağı ; Yeşilırmağın kollarından biri olup uzunluğu 320 km.dir. Kaynaklarını Gümüşhane’nin Çimen dağlarından alır.

Çoruh ırmağı doğrultusunda fakat ters yönde akar. Kelkit ilçesi topraklarında doğduğu için bu adı taşır. Kuzeydeki Köse dağlarından, güneydeki çimen yaylasından inen muhtelif küçük sular Kelkit ilçesinin merkezi olan Çiftlik’in biraz yukarısında bir kısmı da altında birleşerek büyük bir çay halini alır. Her iki sıra dağ arasında baştan sona kadar gayet karakteristik uzunlamasına bir vadiye sokulur. Vadi başlarında henüz sert ve arızalı değildir.

Ancak küçük Şiran suyunu aldıktan sonra oldukça sert ve arızalı olarak Şiran boğazına oldukça sarp olan Zapa boğazına, güneyden Avganus bölgesinin sularını topladıktan sonra Giresun Çamoluk sınırlarında Gümüşhane İlini terk eder.

Kelkit çayı Refahiye’de bir çok farklı bölgenin suyu ile beslenen Koymat ve Seme dereleriyle birleşir. Birinci kol Karadağ eteklerinden, Çimen yaylaları ve bölge içerisindeki diğer küçük su kaynaklarıyla beslenerek, Kızıleniş çayı ye Orçul deresi ilçenin kuzeyinde doğudan batıya doğru Çat köyü önlerinde Koymat deresini oluşturur, ikinci kol üç ayrı bölgeden akan sularla beslenir. Bolkar çayırlarından, Kova orman kaynaklarından, Kutlu tepe üzerinden doğudan batıya doğru akarak Kutlu tepe dağının batı kaynaklarından beslenen Kalkancı göletinin tahliye suyundan beslenerek ilçe merkezine ulaşır.

İkinci bölge Avşarözu Kınıktaş ve Hirdiç dereleriyle Dumanlı ormanlarının doğu kısmından çıkan kaynaklarla güneyden kuzeye doğru Koça çay adını alarak ilçe merkezinden geçer. Birinci ve ikinci bölgeden gelen sular ilçe merkezi kuzeyinde Köroğlu deresinden batıya doğru akarak Kayı köyüne ulaşır.

Kelkit çayını besleyen su kaynakları Refahiye ilçesinde iki ana kolda toplanarak Koymat mevkiinde birleşip Seme deresinden ilçe hudutlarını terk edip Giresun Çamoluk İlçesi istikametine doğru akar.

Çamoluk ilçe sınırlarından Giresun il sınırına girer Avganus ırmağını aldıktan sonra daha çetin Çağşağın boğazına sonra Kara Çorak boğazına sokularak uzanır. Bu sonuncu boğazın bitiminde Suşehri ovasında sol kısımda toplanan sulardan meydana gelen Aksar ırmağını sağdan Alucra ye Şebinkarahisar tarafının sularını toplayan daha kuvvetli şehir suyunu alır. Buradan sonra vadi daralarak derinleşir. Bu bölgenin baş taraflarına Tönük boğazı daha ilerilerine Koyulhisar boğazı denir.

Gümüşhane topraklarından doğan Kelkit çayı Suşehri yakınlarında Sivas il sınırlarına girer.

Sivas ili Suşehri ovasında toplanan sulardan meydana gelen Aksar ırmağını içine alan Kelkit genellikle dar ve dik vadide akan Tönük boğazından geçerek Koyulhisar’a ulaşır. Koyulhisar boğazını geçtikten sonra Reşadiye sınırlarında ili terk eder. Kelkit çayının Sivas il sınırlarındaki kesimi 50km.uzunluğundadır. Karadeniz aralı iklim kuşağı sularını alan Kelkit çayının akışı Sivas ilindeki Kızılırmağa göre daha düzenlidir.

Ayrıca Karadenizin iklim etkilerine açık olan Kelkit çayının oluşturduğu vadi ulaşım açısından büyük imkanlar yaratmaktadır.

Gümüşhane , Giresun, Erzincan ve Sivas İllerini geçerek Tokat ili Reşadiye ilçesinin iki tarafına uzanan sıra dağlar arasında yol alarak Tokat’a ulaşan Kelkit çayının beslenme havzası iyice daralır. Kelkit çayı bu bölgede kuvvetli bîr kol karışmaz. Reşadiye ilçe merkezi önlerinde geniş bir vadide ilerleyen çay Seyricek boğazından itibaren daralarak derinleşir ve akıntı bu bölgede hızlanır. Fatlı boğazı denilen alana kadar su bazen iki dar kaya arasında akar Zaman zaman yüksek şutlarla devam eden çay Fatlı boğazından sonra Niksar ovasında genişleyerek açılır.

Niksar ilçe merkezi içinden gelen Çanakçı suyunu alan Kelkit çayı Erbaa ovasını da sulayarak Talazan boğazına gelir. Erbaa ilçesinin batısındaki Boğazkesen denilen mevkide Yeşilırmak ile buluşur.