Kocaçay, Balıkesir ili topraklarında, Madra Dağı'ndan doğup, Manyas Kuşgölü'ne dökülen akarsu.
Çay kaynağından sonra İvrindi ve Balya çevrelerinde boğaz vadilerden geçerek ilerler, göle ulaşır. Gölden çıkan sular Karadere adıyla Susurluk Çayı'na dökülür. Susurluk Çayı Uluabat Gölü'nün gideğenini de alarak ilerler, denize ulaşmadan önce Bursa Ovası'ndan gelen Nilüfer Çayı'nı alır. 20 km sonra Marmara Denizi'ne ulaşır, bu kısa ırmak Kocadere adını alır.
Kocaçay'ın üzerine 90 m gövde yüksekliğine sahip, elektrik üretimi, taşkın kontrolü ve sulama amaçlı Manyas Barajı ve Hidroelektrik Santrali kurulmuştur.
Kocaçay Manyas Gölü'ne döküldüğü güney kıyılarında delta ovası oluşturur.