La Sarthe prend sa source hors du département auquel elle a donné son nom, à Soligny-la-Trappe (hameau de Somsarthe, c'est-à-dire “sommet de la Sarthe”), dans l' Orne1, à une altitude de 250 mètres. Au sortir des collines du Perche, la rivière coule en direction du sud-ouest et borne au sud la campagne d'Alençon. Sur une grande partie de son cours, elle marque alors la limite entre les départements de l'Orne et de la Sarthe (elle était autrefois, entre Le Mêle-sur-Sarthe et Saint-Céneri-le-Gérei, la limite traditionnelle entre Normandie et Maine ).
Au terme de ce premier parcours de plaine, elle aborde un peu en aval d' Alençon les contreforts du Massif armoricain, où elle a creusé une vallée encaissée et sinueuse, surimposée à la faveur de la surrection armoricaine, ce qui a donné naissance aux sites pittoresques des Alpes mancelles, en particulier à Saint-Céneri-le-Gérei, classé parmi « les plus beaux villages de France », et Saint-Léonard-des-Bois, où la rivière incline progressivement son cours vers le sud-est.
La confluence de la Sarthe (en haut et à gauche) et de la Mayenne formant la Maine, au nord d'Angers.
Après cette incursion en terrain hercynien, la Sarthe revient en plaine à Fresnay-sur-Sarthe, coule lentement, bordée de peupliers, à travers la campagne mancelle, d'abord vers le sud jusqu'en aval du Mans où elle reçoit les eaux de l' Huisne, puis vers l'ouest jusqu'à Sablé-sur-Sarthe et, de nouveau, vers le sud jusqu'à son confluent avec la Mayenne, avec laquelle elle forme la Maine, au nord d' Angers à Écouflant. Peu avant cette rencontre (à environ 4 kilomètres en amont), la Sarthe reçoit son principal tributaire, le Loir, dont le cours (officiellement 318,5 kilomètres2, voire 340,8 kilomètres si on le remonte à sa plus haute source) est plus long que le sien