O PNM é atravessado por alguns dos cursos de água mais importantes da bacia hidrográfica do Rio Douro.

Na parte brigantina, existem os rios Sabor, Maçãs e Baceiro. O Sabor nasce na fronteira com a Espanha, nos cumes da Serra de Montesinho, passando a pouca distância de Bragança. O Maçãs nasce em Espanha, e faz a fronteira internacional em dois trechos distintos, constituindo ainda a fronteira mais a este e mais a sul do PNM. O Baceiro nasce também em Espanha, sendo o mais pequeno dos rios principais do PNM. No seu percurso existe um importante viveiro de trutas, ainda inserido no PNM, junto à Ponte de Castrelos (EN103).

Na área vinhaense, existem os rios Mente, Rabaçal e Tuela. Todos três nascem na Espanha, sendo os dois primeiros oriundos da Galiza, e o último de Castela-Leão. O Mente faz em parte do seu percurso a fronteira internacional, constituindo a fronteira oeste do PNM. Nele se encontram as águas termais de Sendim/Segirei, partilhadas pelos concelhos de Vinhais e Chaves. O Rabaçal é um dos dois rios (o outro é o Tuela) que formam o rio Tua, a montante de Mirandela. Dentro do PNM oferece o lazer de uma praia fluvial junto à ponte da estrada Sobreiró de Cima (uma das entradas da Rota da Terra Fria) - Zona de Lomba. É aliás a série de montanhas entre os rios Mente e Rabaçal que deram forma ao termo Terras de Lomba, pelo seu perfil contínuo ondulado entre os dois vales. Estes dois rios correm muito próximos a norte, afastam-se progressivamente à medida que caminham para sul, mas aproximam-se novamente e acabam por confluir, formando uma península ou lomba. Fruto do seu isolamento, esta região chegou a ser concelho por vários séculos. Já o Tuela, que passa a pouca distância de Vinhais (aqui, já fora do PNM), oferece como atractivo duas praias de grande procura, sendo uma delas encostada à fronteira do PNM na Ponte de Soeira (EN103).

Estes rios, de vales profundos e águas ora cristalinas ora negras, com propriedades termais ou simplesmente refrescantes para o calor tórrido do Verão da região, serpenteiam vales tão depressa inóspitos como verdejantes e cheios de vida, tanto animal como vegetal. São ainda pontuados por ancestrais moinhos, na maior parte ainda utilizados pela população, e atravessados por milenares pontes romanas. Constituem atractivo para a prática da pesca, com exemplares de trutas, bogas, barbos e escalos.