Воронежский государственный заповедник расположен на стыке двух областей – Липецкой и Воронежской.

Территория заповедника представляет собою слабоволнистую равнину, постепенно понижающуюся к западу. На западной границе в пойме реки Воронежа находится самый низкий участок территории с отметкой 90 метров над уровнем моря. Самые высокие участки – до 169 метров абсолютной высоты – расположены близ восточной границы заповедника на склоне к реке Усмани. Немного уступает им водораздел Усмани и Ивницы, на котором есть участки с абсолютной высотой до 165 метров. Рельеф местности определяется пологими, слабо врезанными в поверхность равнины долинами рек Ивницы и Усмани, а также лощинами впадающих в них ручьев.

Ивница берёт начало в центральной части заповедника в виде небольшого ручья, змейкой извивающегося среди густого леса. В нижнем течении, перед выходом из пределов заповедника, она имеет плесы, достигающие 25 метров в ширину. С левой стороны в Ивницу впадают пять небольших лесных ручьев – Моховской, Каверинский, Городянка, Усманский и Борский. С правой - только один – Студеновский, начинающийся вне заповедника среди полей. Долина Ивницы сильно заболочена, особенно близ устьев более крупных притоков.

Река Усмань входит на заповедную территорию с севера, пересекает её и выходит на юге вблизи управления. Истоки этой речки находятся среди полей Усманского района Липецкой области. В заповеднике она принимает в себя воды нескольких ручьев или, как здесь называют, “ключей”. Справа в Усмань впадают ключи Марев, Крутовской,

Черепахинский и Константиновский. Слева – Девиченка, Шеломенский, Ямный, Змейка и Заводской. Много у Усмани притоков, но большинство из них ежегодно в начале лета пересыхает. Исключение составляют лишь два самых крупных – речки Девиченка и Змейка. Истоки их находятся далеко за пределами заповедного лесного массива. Весною обе речки собирают с полей снеговые воды, приносящие с собою довольно много почвенного мелкозема. Значительное количество смытой почвы поступает также с паводковыми водами в русло Усмани и из её верховьев. В лесной пойме взвешенные в воде частицы оседают, река с каждым годом все больше заиливается, мелеет и все больше зарастает водяными растениями. В настоящее время русло Усмани состоит из нескольких довольно широких (до 60 метров) плесов, имеющих глубину 3-4 метра и соединенных узкими мелководными протоками. Иначе говоря, река представляет собою цепочку слабопроточных прудов с заболоченными берегами и затонами. Пойма Усмани в наиболее широких участках достигает одного километра, а местами суживается до 250 метров. Озёр в пойме нет. Болота довольно многочисленны. Зимою протоки между плесами обычно не замерзают.