Наиболее суровые климатические условия были в самом конце эоплейстоцена[54], когда в бассейне Верхнего Дона существовали таежные ландшафты, температуры января опускались — до –20ºС, а среднегодовые температуры — до –2–3ºС. Тем не менее, в эоплейстоцене на территории Русской равнины оледенений еще не было.
Два эоплейстоценовых оледенения, случившиеся 1,5–1,2 и 0,9–0,8 миллиона лет назад, отмечались только в Северной Америке (небрасское оледенение) и Западной Европе (оледенения Донау и Гюнц).
Характерная особенность эоплейстоцена — так называемое «апшеронское» повышение уровня Каспийского моря почти на 100 м.
Наиболее резкие изменения климата происходили в раннем плейстоцене 0,8 или 0,7–0,4 миллиона лет назад. По данным А.А. Величко (1977), в этот отрезок времени было не менее семи потеплений и семи похолоданий. На Русской равнине начало этого периода ознаменовалось михайловским (петропавловским) относительно теплым периодом (800–730 тысяч лет назад), когда среднегодовые температуры составляли 12–15ºС, а в январе — около 0ºС. За ним последовало покровское похолодание (730–670 тысяч лет назад), во время которого температура января была на 4–5ºС ниже современной. Затем наступило ильинское время неоднократного и резкого колебания климата (670–620 тысяч лет назад).
После ильинского времени произошло самое большое на Русской равнине донское оледенение (620–530 тысяч лет назад). Во время его пика практически вся северная половина равнины представляла собой ледяную пустыню, а в пределах Окско-Донской равнины покровный ледник огромным языком, шириной более 400 км, продвигался южнее 50º с.ш.
За донским оледенением последовало мучкапское (беловежское, рославльское) межледниковье (530–480 тысяч лет назад). Климат в это время был достаточно теплым. Средние температуры января составляли –3ºС, июля –20ºС на территориях современных Смоленской и Брянской областей, и соответственно 5ºС и 25ºС — Запорожья, где на некоторое время установился сухой субтропический климат.
После мучкапского межледниковья наступило окское (московское) оледенение (480–420 тысяч лет назад)[55]. Масштаб его был значительно меньше предшествующего донского. Тем не менее, на всей Русской равнине и тогда отмечались весьма суровые климатические условия.
Средний плейстоцен (0,4–0,13 миллиона лет назад характеризовался резкими сменами холодных и теплых эпох. Его открыло лихвинское межледниковье (420–390 тысяч лет назад)[56], во время которого средние температуры января в средней полосе Русской равнины были около 0ºС, (на на 8—10ºС выше современных значений), а июля — 18–20ºС (на 1–2ºС выше современных значений).