Kars çayı farklı isimlerle anılan yan kolların birleşmesinden oluşur. Bunlar Sarıkamış Çayı, Kekeç Çayı, Katranlı Çayı, Bayburt Suyu, Susuz Çayı, Çıldır Gölayağı, Karahan Çayı ve Tazekent Suyudur. Uzunluğu 93 kilometre olan Kars çayının en uzun kolu Sarıkamış Çayıdır. Soğanlı Dağlarının Aşıt Tepe (2350 m) eteklerinden doğan Sarıkamış Çayı, Sarıkamış ilçesini geçtikten sonra Kars çayı adını alır. Kars çayının su potansiyeli açısından en önemli kolu Kekeç Çayıdır. Katranlı Çayı ve Bayburt Suyu ile birleştikten sonra Selim İlçesi Killik düzü mevkiinde Kars çayına karışır.
Kars Çayı 6990 km2lik drenaj alanına sahiptir. Kars Çayını, Sarıkamış ve çevresindeki yükseltilerin doğu yamaçlarından inen sular oluşturmaktadır. Bu sular doğuya selim ovasına doğru akışa geçerek Sarıkamış çayı adını alır. Yolgeçmez köyü yakınlarında güney deresini de içine alarak Selim ovasına girer. Selim ilçesi yakınlarında kuzeyden gelen Güllü, Kekeç ve Bayburt Dereleri ile birleşerek doğuya doğru Selim ovasını kat eder. Ova çıkışında güneyden gelen Yunus deresini alır. Kırmızı köprü mevkiinde Selim ovasını terk ederek güneybatı-kuzeybatı yönünde akışını sürdürür. Dikme Köyünü geçtikten batıdan gelen Sarıçayır Deresi ve Değirmen Deresini alarak Karsa doğru akışına devam eder.
Kars Çayı, Karsı geçtikten sonra Boğazköy dolaylarında batıdan gelen Çarbaş deresini içine alır. Çamçavuş Köyünde doğuya dönerek akışını sürdürür. Akçalar köyü civarında Susuz ve Porsuk Ovaları çevresinin sularını boşaltan Çayır deresini alır. Karaurgan Köyü yakınlarında Arpaçay Ovasının sularını drene eden Cerede deresini alır. Kars çayı Geçit Köyünden sonra güneye doğru akışını sürdürür.
Aslanhane Köyü güneyinde devam ederek batıdan Başgedikler ovasından gelen çevre sularını boşaltan Başgedikler Çayını alır ve bu kesimde Arpaçay olur.
Kars Çayı yaklaşık 3000 m kotlarındaki Allahuekber Dağlarından doğar. Allahuekber Dağlarının en yüksek tepesi 3120 m ile Allahuekber Tepesidir. Kars Çayı doğduğu yerde farklı isimlerle anılan kollardan meydana gelir. Bunlar, Sarıkamış Çayı, Katranlı Çayı, Kekeç Çayı, Bayburt Çayıdır. Bu akarsular Karsın Selim ilçesi yakınlarında birleşir ve Kars Çayını teşkil ederler. Kars Çayı Selim ilçesinden sonra akışını doğu yönünde sürdürerek Kars ili içinden geçer. Carcı Köyü yakınlarından kuzeyden Çıldır Gölü ayağını alır. Daha sonra Arpaçay barajına dökülür.
