İl alanının aşağı Sakarya Havzasında kalan vadiler, önemli yeryüzü şekilleridir. 3. zamanda ortaya çıkan yoğun yükselme, kırılma ve kıvrılmalarla il topraklarındaki akarsular çöküntü alanları arasındaki eşiklerde derin vadiler açmış, vadi tabanlarında da geniş ve verimli ovalar oluşmuştur. Vadi tabanlarının yükseltileri genellikle düşük olduğundan akarsuların akış hızı azalmakta bu nedenle de taşıdıkları maddeler vadi tabanına yığılmaktadır. İldeki en önemli vadi, Sakarya Vadisidir. İç Batı Anadolu Platoları üzerinde yükselen Emir ve Türkmen Dağlarından başlayan ve çeşitli kollardan oluşan Sakarya Vadisi, bölgede doğudan batıya geniş bir yay çizer. Bu arada Porsuk ve Ankara Çayı Vadileri ile birleşir.

Cambaz Boğazı'ndan sonra genişlemeye başlayan vadinin tabanında Pamukova oluşmuştur.

Pamukova'dan sonra vadi yeniden daralır ve Geyve Boğazı adıyla anılan yerde, uzun ve derin bir oluğa dönüşür. Birden genişleyerek ilin en geniş ovası olan Akova' yı oluşturur.

Daha sonra Karadeniz'e doğru yönelen Sakarya Vadisi, batıdan ve doğudan çok sayıda yan vadilerle birleşerek Karasu yakınlarında Karadeniz'e açılır.