A Görgényi-havasok teljes mértékben a Maros és legfontosabb mellékfolyóinak a vízgyűjtőjéhez tartozik. Ezek a folyók kapcsolják e hegyvidéket Erdély más térségeihez, mind vízrajzi, mind közlekedésföldrajzi szempontból. A 766 km hosszú Maros völgyét (Románia területén 718 km) 4 szakaszra tagolják: Felső-Maros-völgy (Gyergyói-medence és a Felső-Maros-áttörés, Marosfőtől Dédáig, 116 km), a Maros középső folyása Déda és Gyulafehérvár között (266 km), a Maros völgyfolyosója Gyulafehérvár és Lippa között (225 km), a Maros alsó szakasza (a határig 117 km, a Tiszába való beömlésig 165 km). A Görgényi-havasok térségében a Maros felső szakasza és annak fontos mellékfolyói vezetik le a folyóvizeket.

A Maros felső szakaszán a baloldali mellékvizek, a Gyergyói-medencében a Szenéte, a Fűrész-patak, a Nagy-Somlyó, a Borzont, a Kis-Borzont, a hegység középső és északi részéről pedig a Köves-, Bakta-, Limbucs-, Eszenyő-, Martonka-, Galócás-, Zápogya-patakok. A Felső-Maros-áttörésben, Maroshévíz és Déda között a Mogyorós, a Nagy- és Kis-Göde, a Szalárd (vízgyűjtő 127 km2, 16 km hosszú) Zsír, Magura, Sestina/Sík, Kis- és Nagy-Ciba, Belcsuj patakokkal), a Jód és a Borzia-patak völgyei jelentősebbek. Az Eszenyő-patak jelentőségét hangsúlyozza a mellette haladó köves földút, amely a Görgény-völgyével teremt - autóval egyelőre nehezen használható - kapcsolatot.

A hegyalji dombság irányában a Maros mellékfolyói a Sebes, Fickó és az Idecsi-patak. A hegységet a nyugatról keletre hátravágódó Görgény völgye tagolja, ennek jobb oldala fejlettebb vízgyűjtővel bír, a Görgényi-havasok északi tömbjét csapolja le, baloldalról pedig a Mező-havas térségét tagolja, Szászrégennél (363 m) ömlik a Marosba. A Görgény (55 km, 564 km², 7,25 m³/s vízhozam a torkolatnál) három forrásága a Laposnya, Fehér-ág és Székelyó-patak, Laposnya telepnél egyesül. A Görgény mellékvizei jobbról: Nyágra, Fancsal, Tyiszó, Tiró, Iszticsó és a Kásva vagy Üvegcsűri-patak, balról pedig a Sebes és a Sziród, majd lennebb az Orsova-patak.

A Mező-havastól nyugatra a Maros másik jelentős mellékfolyója a Nyárád vízgyűjtője (78 km, 609 km²) alakult ki, Két forrásága a Nagy- és Kis-Nyárád Vármezőnél találkozik majd Nyárádremeténél elhagyja a hegyvidéket, északról keretezi a Bekecs-tetőt (Bekecsalja), Nyárádszeredánál befogadja a Kis-Nyárádnak is nevezett Súgó vagy Egres-patakot, majd Nyárádtő és Vidrátszeg közelében ömlik a Marosba.

A Mező-havas-Bucsin-hágó térségét a Kis-Küküllő (191 km, 2049 km²) forrásvidéke öntözi. A Kis-Küküllő forráságai, a Nagy-ág és a Kis-ág Parajd fölött ömlenek össze, majd balról a Só-szorost is kialakító Korond vizét, jobbról pedig a Sebessel egyesült Juhodot (1 km, 70 km) és a Szakadátot, Restádot ill. a Rakottyást is levezető Szováta (20 km, 119 km) patakot fogadja be. A Nagy-Kükülő forrásvidéke a Székelyvarsági-medencével és a Zeteváraljai-víztárolóval már a Görgényi-havasok déli részéhez tartozik. A Kis- és Nagy-Küküllő Balázsfalvánál találkozik majd a Küküllő Tövisnél ömlik be a Marosba.