Son cours long d'environ 79 km, orienté au nord, se situe principalement au Québec. Plus de 85 % de son bassin versant, soit 670 km2, se trouve ainsi sur le territoire de la municipalité régionale de comté (MRC) de Brome-Missisquoi.
La rivière aux Brochets prend sa source au sud-ouest de Frelighsburg jusqu'à la frontière des États-Unis où elle effectue un crochet d'environ 15 km vers le nord-ouest. Elle y reçoit les eaux du lac Carmi.
Au nord de la frontière, la rivière franchit une série de chutes et de rapides entrecoupées de longues parties à écoulements lents, traversant respectivement Frelighsburg, Stanbridge East et Bedford avant de quitter les Appalaches pour atteindre la plaine des Basses-terres du Saint-Laurent. Une série de chutes rapprochées sont endiguées par cinq barrages. Plus en aval, le cours de la rivière devient sinueux, effectuant un long détour par Notre-Dame-de-Stanbridge, puis franchissant des derniers rapides à Pike River pour terminer sa course au travers de forêts marécageuses[2]. La rivière aux Brochets est un tributaire de la rive nord-est de la baie Missisquoi au Québec[3].
L'embouchure de la Rivière-aux-Brochets est une réserve biologique. Jusqu'à la fin des années 2000, cependant, l'eau de la baie était stagnante et la baie se mourait, contaminant de larges portions américaines du lac confinées par les nombreux remblais de chemins de fer désaffectés (Carry Bay, The Gut, Sandbar State Park, Allen Point). Lors de l'ouverture du nouveau pont du côté américain entre East Alburg et Lakewood, l'ancienne route sur digue fut en partie démolie ce qui permet, à la débâcle printanière et lors de fortes pluies, un certain écoulement des eaux jusqu'au « Grand Lac Champlain » (à 25 milles nautiques - 46km - de là).
En septembre 2014, l'organe médiatique de l'UPA, La Terre de chez nous, signalait que des algues bleues contaminaient l'usine de traitement des eaux de Bedford. Avec le réchauffement climatique, ce problème tend à devenir récurrent. Il risque d'aller en s'aggravant tant que le flux reste-ra ralenti par les emprises ferroviaires ou qu'il ne sera pas évacué artificiellement, par exemple en reliant l'exutoire du ruisseau McPhee (à la limite de Clarenceville et de Venise-en-Québec) avec la rivière du Sud plus au nord, à quelque 12 km de là. Ce creusement pourrait donner lieu à un petit canal de navigation pour permettre aux plaisanciers de se rendre à la Rivière Richelieu sans passer par les États-Unis.