Khu vực trung du và đồng bằng của lưu vực sông Cầu được tính từ hạ lưu đập Thác Huống đến Phả Lại, chia thành 3 vùng thủy lợi, gồm:
1. Khu cấp nước tự chảy của hệ thống Sông Cầu:Khu lấy nước tưới trực tiếp từ kênh Thác Huống (Sông Cầu) bao gồm đất đai của 2 tỉnh Thái Nguyên và Bắc Giang:
- Tỉnh Thái Nguyên: Gồm diện tích đất đai các xã phía tả sông Cầu của huyện Phú Bình gồm (9/21 xã) là: Đồng Liên, Đào Xá, Bảo Lý, TT. Hương Sơn, Xuân Phương, Lương Phú, Kha Sơn, Thanh Ninh, Dương Thành.
- Tỉnh Bắc Giang: Bao gồm toàn bộ huyện Hiệp Hòa, huyện Tân Yên, huyện Việt Yên, thành phố Bắc Giang (3/11 xã, phường: Xã Song Mai, xã Đa Mai, Phường Mỹ Độ).
2. Khu cấp nước tự chảy của hồ Núi Cốc: Vùng cấp nước tự chảy của hồ Núi Cốc nằm ở khu vực phía nam tỉnh Thái Nguyên và nằm kẹp giữa sông Công và sông Cầu. Bao gồm diện tích đất đai của các huyện:
- Phần lớn thị xã sông Công, trừ hai xã bên hữu sông Công là xã Bình Sơn, Vinh Sơn.
- Phần lớn huyện Phổ Yên, trừ 5 xã bên hữu sông Công là Phúc Tân, Phúc Thuận, thị trấn Bắc Sơn, Minh Đức và Thành Công.
- Huyện Phú Bình có 6 xã: Thượng Đình, Tân Phú, Nhã Lộng, Hồng Phong, Nga My, Hà Châu.
- Thành phố Thái Nguyên có 8 xã: Phúc Trìu, Tân Cương, Thịnh Đức, Tích Lương, Lương Sơn, Thịnh Đán, Tân Thịnh, Phúc Xuân.
3. Khu dùng nước bơm từ sông chính: Bao gồm toàn bộ khu vực hưởng lợi của 60 trạm bơm tưới khai thác dòng chính. Tổng diện tích tưới hiện tại là 25.407 ha, dự kiến đến 2020 là 30.139 ha.