Поднявшиеся с морского дна цепи гор древнего Саяна явились прообразом современного горного хребта. Горообразовательные движения были решающим этапом в геологическом прошлом Саян. С тех пор на протяжении последующих 400 с лишним миллионов лет море никогда на продолжительный срок не затопляло эту территорию. Наступил длительный период континентального режима, продолжавшийся более 100 миллионов лет. За это время разрушающее действие воды и ветра снивелировало горы, превратив страну в почти плоскую равнину. Однако внутренние силы земли не оставляли ее в покое и время от времени проявлялись в виде мощных тектонических разрывов, по которым из глубоких недр устремлялась расплавленная лава. Достигнув земной поверхности, лава растекалась в виде потоков, так же, как это имеет место сейчас в районах деятельности современных вулканов.
В середине девонского периода истории земли, т. е. около 290 миллионов лет тому назад, море, давно уже изгнанное с территории Восточных Саян, делает новую попытку погрузить ее в свою пучину. Однако оно достигает лишь восточной и западной окраин Восточных Саян, где на короткое время сохраняется морской режим. Во внутренних же частях современного Саяна в то время существовали многочисленные озера и лагуны. После отступления девонского моря страна навсегда освободилась от моря. В мезозойский период вокруг Саян существовали обширные озера, а внутри него среди отдельных возвышенностей, не превышавших 300—500 метров высоты, сохранялись небольшие водоемы.
Такой рельеф страны сохранился до середины третичного периода. Примерно 15 миллионов лет назад начался общий подъем Саян и обособление его в качестве самостоятельной орографической единицы. Жесткая глыба Саян была расколота мощными тектоническими разрывами, которые открыли доступ к дневной поверхности базальтовой лавы. Эти лавы покрыли обширные пространства в восточной части Саян и примыкающих к нему территорий Монголии, Забайкалья и Тувы. Покровы базальта, похоронившие под собою древнюю поверхность Саян, подобно гипсовому слепку, позволяют сейчас геологам довольно точно восстановить рельеф страны середины третичного периода.
Поднятие Саян продолжалось до середины четвертичного периода. Оно было настолько значительным, что в Саянах, располагающихся на широте 52—54°, образовался мощный центр оледенения. Саяны подымались не в виде сплошного монолита. Они были разбиты на отдельные глыбы, возвышавшиеся одна над другой. Распределение высот во время этого поднятия было близко к плану современного горного массива, наиболее сильно подымались зоны современных альпийских цепей. После того как ледники своими языками выпахали долины, отходящие от главного горного массива, уже сравнительно совсем недавно новые тектонические подвижки привели к возобновлению вулканической деятельности. По дну некоторых долин, перекрывая ледниковые отложения, полились «огненные» реки, которые после того как остыли превратились в черный звенящий базальт.