La Thalie prend sa source sur la commune de Rully, qui se trouve à 12 km au nord-est de Chalon-sur-Saône.
Remontant jusqu'à Rully, elle se tourne plein est jusqu'aux environs du canal du Centre. Là, son cours méandreux prend une direction générale sud-est parallèle au canal. Elle traverse la partie est de la commune de Fontaines, passant par le gué de la Nifette puis le gué Bouhard. Elle est rejointe par le ru Guillot peu après le gué Bouhard.
Faisant ensuite la limite nord de la commune de Farges-lès-Chalon, elle quitte cette dernière pour passer sur la commune de La Loyère puis sur celle de Fragnes où elle contourne la colline de Condemène (situé dans le sud de la commune de La Loyère). Changeant d'orientation à ce niveau, elle se tourne vers le sud-sud-ouest et sert de nouveau de limite entre les communes de Fragnes et de La Loyère, avant de passer dans la commune de Champforgeuil. Son affluent la Thaliette la rejoint en limite est de la ville de Champforgeuil, juste avant de passer sous la D906.
En limite sud de la ville elle se dirige plein sud et reçoit en rive droite le ruisseau du Bois 400 m avant de passer sur la commune de Châtenoy-le-Royal, où elle passe sous la route de jonction entre le péage n°25 (
25) de l'autoroute A6(commune de Châtenoy) et l'avenue de l'Europe (commune de Chalon-sur-Saône). C'est à cet endroit qu'elle commence à faire limite entre ces deux dernières communes sur environ 730m, s'en sépare sur 400m, puis redevient cette limite pendant 790m, s'en sépare de nouveau sur 380 m, pour y revenir une dernière fois sur 350m.
La Thalie passe alors sur la commune de Chalon-sur-Saône où elle traverse le quartier des Charreaux, avant d'entrer sur la commune de Saint-Rémy où elle passe entre Saint-Rémy et Chalon-sur-Saône. Elle rejoint la rive gauche de la roie de Droux (nom de la rivière Corne vers la fin de son parcours) 500 m avant que cette dernière atteigne la rive droite de la Saône.
Sur la photo ci-contre, la Thalie longe les arbres à l'arrière du pré sur la gauche avant de confluer avec la roie de Droux entre les deux premiers arbres au feuillage jaunissant.
La longueur de son cours d'eau est de 21,7 km1.