Der Dusebach fließt anfangs in nordnordöstlicher Richtung durch den Langen Wald, nach etwa 1,2 km durch den aufgestauten Jeppenteich, westlich vorbei am Schierenkopf und dann durch das kleine Dorf Bühle. Von dort wendet er sich nach Einfluss in den Naturpark Habichtswald nordostwärts. Dabei verläuft er südlich vorbei am Gasterfelder Holz, einem beim Wolfhager Stadtteil Gasterfeld gelegenen Teil des Langen Walds; dort befand sich einst eine Luftwaffen-Hauptmunitionsanstalt und später der Standortübungsplatz der dort bis 2008 von der Bundeswehr genutzten Pommernkaserne. Aus dem Langen Wald ausgetreten durchfließt der Dusebach landwirtschaftlich genutztes Gelände, dabei die WüstungGasterfeld passierend. Nach Unterqueren der B450 und dortigem Einmünden des rechtsseitigen Siegenbachs passiert er nördlich die Wolfhager Kernstadt.
Etwa 1,6km (Luftlinie) unterhalb bzw. nordöstlich der Wolfhager Innenstadt mündet der Dusebach unmittelbar westlich der städtischen Kläranlage auf etwa 238m Höhe in das von Südwesten kommende Mühlenwasser, einen südlichen Zufluss der Erpe.
Der größte Zufluss des Dusebachs, dessen Einzugsgebiet 20,894km²[2] umfasst, ist der westlich der Wolfhager Kernstadt verlaufende und 5,5km lange Siegenbach (4,814km²).
