Der Grillabach entspringt auf 624mü.NHN am südsüdöstlichen Stadtrand von Freyung neben der Ilztalbahn. Von dort fließt er vorbei an Grillaberg, einem Ortsteil von Freyung, in südsüdöstlicher Richtung weitgehend parallel zur StaatsstraßeSt2132 und wechselt dabei in seinem bald tief eingegrabenen Tal zwischen Waldgipfeln aufs Stadtgebiet von Waldkirchen über. Er schwenkt darin westlich von Wotzmannsreut auf südwestliche Laufrichtung und mündet dann südöstlich von Appmannsberg nach seinem 9,1km langen Weg auf 454mü.NHN von rechts in den Osterbach.
