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동부에는 마식령산맥, 서부에는 아호비령산맥이 뻗어 있으며, 중앙부는 큰 분지를 이루고 있다. 북부에는 석봉(807m)·두무산(546m), 서부에는 고주애산(703m), 남부에는 기대봉(552m), 동부에는 대왕덕산(788m)·봉화산(688m) 등이 솟아 있다. 임진강과 그 지류인 문동천·노동천·송정천·상하천 등이 군내를 흐르며, 하천양안에 충적평야가 펼쳐져 있다. 기반암은 화강편마암·석회암·화강암 등이며, 토양은 갈색삼림토·충적토로 이루어져 있다. 주요지하자원으로는 납·아연·구리·형석 등이 있다. 연평균기온 9℃ 내외, 1월평균기온 －7.8℃ 내외, 8월평균기온 23.8℃ 내외, 연평균강수량 1,400㎜ 정도로 비가 많다. 산림은 군면적의 70％를 차지하며, 주요수종은 소나무이다. 사향노루·노루·복작노루·수달·오소리·멧돼지 등 야생동물들이 서식하고 있다.