大肚川镇位于黑龙江省东宁市东南部，距县城16公里，北纬43°25'28"—44°03'32"，东经130°50'35"—131°18'00"。全镇南北长72公里，东西宽27.2公里，辖区总面积1182平方公里。东部与三岔口镇相邻，南部与吉林省珲春市相接，西部与老黑山镇、道河镇相连，北部与东宁镇为邻。