След Градец долината ѝ се разширява и образува големи меандри. От извора си до до село Дъскотна тече, общо взето, в източна посока между планинския рид Разбойна и Котленска и Върбишка планина на север и Сливенска, Стидовска и Карнобатска планина на юг. От село Дъскотна до село Цонево тече на североизток в дълбока проломна долина между Върбишка планина на северозапад и Камчийска планина на югоизток. В югозападния край на село Величково, община Дългопол, на 26 м н.в. се съединява с идващата отляво река Голяма Камчия и двете заедно дават началото на същинската река Камчия.
Площта на водосборният басейн на реката е 1 612 km2, което представлява 30,1% от водосборния басейн на река Камчия. Водосборният басейн на Луда Камчия на север граничи с водосборния басейн на река Голяма Камчия, на северозапад — с водосборния басейн на река Янтра, а на юг — с водосборния басейн на река Тунджа и водосборните басейни на Айтоска и Хаджийска река, вливащи се директно в Черно море.