Der Tschatkal entspringt an der Südwestflanke des Talas-Alataus im kirgisischen Oblus Dschalal-Abad. Er fließt in südwestlicher Richtung durch das Bergland. Östlich des Flusslaufs erstreckt sich der Höhenzug des Tschatkalgebirges. Im Unterlauf durchfließt der Tschatkal das Besch-Aral-Naturreservat, wendet sich später nach Westen und erreicht die usbekische Provinz Taschkent. Er mündet schließlich nach 223 km in das südöstliche Ende des Chorvoq-Stausees, welcher vom Syrdarja-Zufluss Chirchiq entwässert wird.
Tschingis Aitmatow beschreibt in seiner Erzählung Aug in Auge („Лицом к лицу“, 1958), die während der Kulakenverfolgung und des Zweiten Weltkrieges spielt, den geplanten Fluchtweg über einen Pass zu einem sicheren Ort im Tschatkal-Tal.
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