Numeracja budynków przy ulicy Bytomskiej zaczyna się od strony południowo-wschodniej, gdzie krzyżuje się ona z Rynkiem w jego południowo-zachodnim narożniku. Ulica za skrzyżowaniem z ulicą Starokościelną biegnie w kierunku północno-zachodnim lekkim łukiem skręcającym w lewą stronę. Do skrzyżowana z ulicą B. Świerczyny ulica Bytomska po lewej stronie krzyżuje się kolejno z ulicami: Żwirki i Wigury, Jagiellońską, J. Słowackiego, Zamkową i J. Dąbrowskiego, a po prawej z ulicami H. Kołłątaja i Przemszy oraz z placem Mieroszewskich. Na tym odcinku równolegle do jezdni biegnie dodatkowo linia tramwajowa.
Za skrzyżowaniem z ulicą B. Świerczyny ulica Bytomska ciągnie się w kierunku zachodnim, dalej zataczając lekki łuk w lewą stronę. Kieruje się ona do ulicy Katowickiej, gdzie kończy ona swój bieg na rondzie. Na tym odcinku ulica stanowi granicę pomiędzy dzielnicami Piasek (na północ od jezdni ulicy) i Stare Miasto, natomiast za torami kolejowymi linii kolejowej nr 138 ulica Bytomska wchodzi na teren dzielnicy Szopena-Wielka Skotnica. Na odcinku pomiędzy ulicami B.