Située en Bretagne, juste à l’ouest de Vitré, Pocé-les-Bois est traversée d’est en ouest par la Vilaine en son centre (elle passe juste au sud du bourg) et par la voie ferrée Paris-Brest dont le tracé suit cette vallée, passant sur la rive gauche de ce fleuve côtier (mais Pocé-les-Bois ne dispose pas de gare, celle de Vitré étant à proximité). Son finage est délimité à l’ouest et au nord-ouest par la Cantache, affluent de rive droite de la Vilaine, et au nord par le ruisseau de Gazon, affluent de cette dernière ; au sud-ouest par la Vilaine et au sud par la Valière, affluent de rive gauche de cette dernière ; au sud-est par le ruisseau de Herveleux, affluent de rive droite de la Valière ; seule la limite orientale du territoire communal, celle avec la commune de Vitré, est artificielle, ne s’appuyant pas sur le tracé d’un cours d’eau. La commune est en partie couverte par l’étang de la Cantache, qui est aussi à cheval sur les communes voisines de Champeaux, Landavran et Montreuil-sous-Pérouse.