El arroyo Sonoita fluye por el valle al norte de la sierra.Ambas sierras, Patagonia y Santa Rita, se encuentran al este del valle del río Santa Cruz.Los pueblos de Nogales, Arizona (Estados Unidos) y Nogales, Sonora (México) se ubican al suroeste de esta sierra; cabe señalar que la sierra de la Patagonia continúa en dirección sur hacia México, donde toma el nombre de sierra San Antonio, un cordal montañoso de 10 millas que va disminuyendo en elevación.Estas tres sierras intercomunicadas son parte de las islas del Cielo de la sierra Madre, que se encuentran en la frontera con México.El lago Patagonia y el pueblo de Patagonia se ubican en este valle.
