山を隔てて佐井ヶ原のすぐ南側、山之谷の谷の上部の山之谷池を水源とし、丘陵出口近くで糸田川に合流する、と言うより、糸田川が山之谷川に流れ込むように見える。実際、短小で支谷に乏しい糸田川の谷に比べて、山之谷川は、現在の山手町・上山手町一帯の雨水を集める形になっており、大雨の際には、糸田川の増水の大半はこの川からのものだったろう。