Переход от лихвинского междедниковья к последующей днепровской ледниковой эпохе (390–250 тысяч лет назад) сопровождался неоднократными похолоданиями и потеплениями, разница температур января во время которых составляла 10–12ºС.
Днепровское оледенение достигло своего максимума 250–170 или 110 тысяч лет назад[57]. Оно состояло из двух или трех стадий[58]. В максимальную стадию этого оледенения значительная часть Русской равнины была занята ледниковым покровом, который узким языком по долине Днепра проникал на юг до устья р. Орели. На большей части этой территории царила многолетняя мерзлота, а среднегодовая температура воздуха была не выше –5…6 ºС.
На юго-востоке Русской равнины в среднем плейстоцене произошло так называемое «раннехазарское» повышение уровня Каспийского моря на 40–50 м, которое состояло из нескольких фаз. Их точная датировка неизвестна.
Поздний плейстоцен (0,13—0,01 миллиона лет) начался с микулинского межледниковья[59] (125 или 110—70 тысяч лет назад), во время которого в центральных районах Русской равнины зима была значительно мягче, чем сейчас. Если в настоящее время средние температуры января близки к —10ºС, то тогда они не опускались ниже –3ºС.
Микулинскому межледниковью соответствовало так называемое «позднехазарское» повышение уровня Каспийского моря. На севере Русской равнины отмечалось синхронное повышение уровня Балтийского моря, соединенного тогда с Ладожским и Онежским озерами и, возможно, Белым морем, а также Северного Ледовитого океана. Общее колебание уровня мирового океана между эпохами оледенения и таяния льдов составляло 130–150 м.
Затем наступило валдайское (покровское) оледенение[60], включавшее ранневалдайское, или тверское (70–55 тысяч лет назад) и поздневалдайское или осташковское (24–12:—10 тысяч лет назад) оледенения, разделенные средневалдайским периодом (55–24 тысяч лет назад) неоднократных — до 5 °C — колебаний температуры, во время которых климат был гораздо холоднее современного.
На юге Русской платформы раннему валдайскому оледенению отвечает значительное «аттельское» понижение — на 100–120 метров — уровня Каспийского моря. Вслед за ним последовало «раннехвалынское» повышение уровня моря примерно на 200 м (на 80 м выше первоначальной отметки). Согласно расчетам А.П. Чепалыги (1984), поступление влаги в Каспийский бассейн «раннехвалынского времени» превышало ее потери приблизительно на 12 куб. км в год.
После «раннехвалынского» повышения уровня моря последовало «енотаевское» понижение уровня моря, а затем вновь «позднехвалынское» повышение уровня моря примерно на 30 м относительно его первоначального положения. Максимум «позднехвалынской» трансгрессии пришелся, по данным Г.И. Рычагова, на конец позднего плейстоцена (16 тысяч лет назад). «Позднехвалынский» бассейн характеризовался температурами водной толщи, несколько ниже современных.