Гидрологическая сеть Поспелихинского района довольно густая. Имеются реки и речушки, старицы. По территории района протекает два левобережных притока Оби – Алей и Чарыш.

Главная река района – Алей (858 км). В верховьях Алей протекает в отрогах Тигирецкого и Колыванского хребтов, в среднем течении – по Приобскому плато вдоль ложбины древнего стока. Большая часть его чрезвычайно извилистого русла расположена на равнине. Площадь бассейна – 21,1 тыс. кв. км. Основное питание – снеговое и дождевое. Летом Алей становится мелководным. В пределах района сток зарегулирован гидротехническими сооружениями – дамбами, плотинами. Алей – не только самая длинная река Алтайского края, но и одна из самых мутных. Вода Алея используется для орошения.

Самый крупный приток р. Алей – река Поперечная (106 км). Это правый приток, он начинается в северных отрогах Колыванского хребта, на границе Змеиногорского и Рубцовского районов. По территории протекает левый приток р. Поперечной – река Землянуха.

Еще один правый приток Алея – Кизиха (56 км). Левые притоки – Клепечиха (62 км) и Поспелиха (38 км).

В продольном направлении пойму Алея пересекают протоки Вавилон (40 км) и Башмачиха (15 км).

Другой приток Оби – река Чарыш (548 км) – протекает лишь по восточной окраине района на границе с Шипуновским районом. Река Локтёвка (111 км) – его левый приток.

В районе находится много озер. Наиболее крупные озера в районе – Гусиное (соленое), Котляровское и Сидоршино.

Кроме того, в ряде населенных пунктов имеются пруды.

Родников в районе почти нет. Подземные воды характеризуются повышенной минерализацией. Питьевое водоснабжение района осуществляется с помощью Чарышского группового водопровода, мощность которого составляет 50 тыс. куб. м./сут.

Родник Гавриловский у п. Гавриловский 51.944660, 82.119697