На протяжении юрского периода, следующего за триасовым, продолжавшегося примерно двадцать пять миллионов лет, то есть столько же, сколько и триасовый, существенных изменений в районе Каспия, занятом, как и прежде, морским бассейном, не произошло.
За вторую половину юрского периода и в течение мелового времени, то есть в последующие шестьдесят миллионов лет, море Тетис продолжает опоясывать Европу и Азию. В этот период почти вся Европейская часть СССР и Западная Европа, ранее представлявшие сушу, завоёвывается водной стихией.
В начале мелового периода в водных просторах Тетиса огромные толщи осадков — глинистых илов, песков и известняков, накопленные за десятки миллионов лет вследствие сжатия оболочки земли, начали вспучиваться, образуя складки, и выступили из воды. Появились архипелаги из островов. Это были первые предвестники одного из самых могучих горообразовательных циклов, охвативших нашу землю несколько позже — в третичном периоде, который вместе с четвертичным составляет кайнозойскую эру.
Учёные с полным основанием предполагают, что к третичному периоду на месте Главного Кавказского хребта уже существовал ряд островов или один большой остров, постепенно увеличивающийся в связи с новым подъёмом суши.
В раннюю эпоху третичного периода весь юг СССР заливался ещё водами Тетиса. Среди водных пространств в виде островов выступали Кавказский хребет и Крым. Однако все прогрессирующие горообразовательные движения продолжали свою борьбу с морем и поднимали со дна всё новые и новые участки суши. Примерно в середине третичного периода (то есть в миоценовую эпоху) область, занятая сейчас Чёрным и Каспийским морями, отделилась от Тетиса горными хребтами, возникшими на юге. На обширной территории от Вены до Аральского моря образовался замкнутый бассейн, получивший название Сарматского моря. Этот гигант, опреснённый многими реками, спускавшимися с Русской равнины и Центральной Европы, был предком современного Каспия.
В результате горообразовательных процессов Кавказский остров слился с ранее образовавшейся Закавказской сушей. С этого момента Чёрное и Каспийское моря, представлявшие единый бассейн, разделились на два самостоятельных водоёма, соединённых широким проливом в районе Манычско-Сальских степей.
Во второй половине плиоценового периода осушенные новые площади, ранее занятые морем, совершенно изолируют Каспийский бассейн от Черноморского. Превращается в сушу и область к северу от Апшеронского полуострова. Лишь на юге сохраняется большое Южно-Каспийское море. Сюда несли свои воды крупные реки. Большая, многоводная река — далёкий предок Волги, спускалась с севера. С запада в озеро впадала древняя Кура, а с востока — река, бравшая своё начало среди хребтов Средней Азии и проложившая себе путь в Каспийское море задолго до легендарного Узбоя.