Koitajoen valuma-alue (6630 km2, josta Suomen puolella 3741 km2) sijaitsee Pohjois-Karjalassa pääosin Ilomantsin ja Lieksan kuntien alueella. Valuma-alueen järvisyys on 10,4 %. Turvemaiden osuus valuma-alueen Suomen puoleisesta pinta-alasta on n. 39 %.
Reitin keskusjärvi on Karjalan Helmeksikin kutsuttu Koitere. Alueen suurin joki on n. 200 km pitkä Koitajoki, joka virtaa noin neljänneksen pituudestaan Venäjän puolella. Valuma-alueella sijaitsevat Patvinsuon ja Petkeljärven kansallispuistot.
Osa-alueet
Koitajoki saa alkunsa Ylä-Koitajoen valuma-alueelta Alisesta Aittojärvestä, joka sijaitsee Suomen ja Venäjän rajalla. Virrattuaan reilut 25 km Suomen puolella etelän suuntaan, joki kääntyy itään rajan toiselle puolelle palatakseen takaisin Suomeen Möhkön suunnalla, jossa virtaa Nuorajärveen (Mekrijärven-Nuorajärven alue). Etelän suunnasta Nuorajärveen tulevat Tolvanjoen valuma-alueen vedet.
Koitere kokoaa vesiä lännestä ja luoteesta Koitereen alueelta, pohjoispuoleltaan Suomunjoen valuma-alueelta, koillispuoleltaan Ukonjoen valuma-alueelta ja Haapajoen valuma-alueelta sekä kaakkoispuoleltaan Käenjoen valuma-alueelta.
Koitereen suunnasta ja Nuorajärven suunnasta tulevat vedet yhtyvät Tekojärvellä (Heinäselkä) Ala-Koitajoen-Jäsysjärven alueella, josta ne kulkevat Pamilon tunnelivoimalaitoksen kautta Jäsysjärveen. Ennen vuonna 1955 tapahtunutta Pamilon rakentamista vesi virtasi Ala-Koitajoen kautta, mutta nykyään siihen ohjataan enää murto-osa vedestä. KHO:n vuonna 2013 antamalla päätöksellä Hiiskosken padon ohijuoksutuksen minimiksi määrättiin huhtikuusta syyskuuhun 6 m3/s. Ennen voimalaitosrakentamista joen keskivirtaama oli noin 70m3/s.
Jäsysjärven sekä Ala-Koitajoen kautta ohijuoksutettu vesi laskee Pielisjokeen Uimaharjun eteläpuolella.
Koitajoen valuma-alue sijaitsee Suomen puolella seuraavien kuntien alueella:
Noin 44 % valuma-alueen pinta-alasta sijaitsee Venäjän puolella.
Suomunjärvi Patvinsuon kansallispuistossa.
Ala-Koitajoen Hiiskoski. Ala-Koitajokeen juoksutetaan vettä Hiiskosken säännöstelypadolta huhti-syyskuun välisenä aikana vähintään 6 m3/s.
Kesonsuon luonnonsuojelualue Mekrijärven luoteispuolella.
Ekologinen tila ja vedenlaatu
Koitajoen valuma-alueen vesistöjen ekologinen tila on valtaosin hyvä tai erinomainen. Etenkin alueen kaakkoisosassa Petkeljärven kansallispuiston ja Nuorajärven alueella sijaitsee erinomaisessa tilassa olevia järviä. Alueen vesistöt ovat tyypillisesti humuspitoisia, mutta vähähumuksisia pieniä järviä ja lampia löytyy mm. harjumuodostumien yhteydestä.
Vesistöjen tilaan on vaikuttanut voimakkaimmin metsätalous lannoituksineen ja ojituksineen sekä esim. Koitajoen alaosalla ja Ilajanjoella myös turvetuotanto. Sivakkojokea ja Rämepuroa kuormittaa kaivostoiminta. Matalan Ilomantsinjärven tilaa heikentää hajakuormituksen lisäksi yhdyskuntajätevedet.
Palojärvi, Tekojärvi (Heinäselkä) ja Ala-Koitajoki ovat voimakkaasti muutettuja alueita. Vesivoimantuotanto vaikuttaa Koitereeseen säännöstelyn kautta.
