Fra 2,5 milioni e 700000 anni fa si assiste a un continuo e graduale sollevamento della collina di Torino e dei rilievi alpini. Nelle aree emerse dal mare padano si impostano i primi corsi d’acqua: non sono ancora ben organizzati e spesso, nelle aree più depresse, le acque ristagnano formando paludi in cui si sedimentano i tipici depositi ‘villafranchiani’, così definiti perché storicamente studiati per la prima volta nel corso dell’Ottocento nella zona di Villafranca d’Asti. Nel frattempo, i corsi d’acqua alpini formano ai piedi del rilievo estesi ventagli di depositi (conoidi fluviali) che occupano gran parte del corridoio strutturale delineato tra le Alpi e la collina. I principali corsi d’acqua si sviluppano con un assetto e un decorso diversi dall’attuale: in particolare si riscontra una netta separazione tra quelli del Bacino piemontese meridionale e quelli del Bacino piemontese settentrionale.

Le acque raccolte nel Bacino piemontese meridionale confluiscono in un importante fiume (paleo-Po) che defluisce a sud della collina di Torino attraverso l’attuale area dell’Altopiano di Poirino e delle Langhe. Le acque del Bacino piemontese settentrionale defluiscono invece a nord della stessa collina. L’importante fase di deterioramento climatico che si instaura nel Quaternario è caratterizzata da periodi ‘glaciali’ alternati a periodi a clima umido-temperato (‘interglaciali’) simili a quello attuale. Nel settore alpino iniziano così a formarsi i ghiacciai che riempiranno quasi completamente le valli, in particolare la Valle di Susa, giungendo con il fronte fino nell’area di pianura. Oggi sono conservate quasi esclusivamente le tracce delle espansioni glaciali successive al Pleistocene medio (più recenti di 750000 anni fa). Nella bassa Valle di Susa e nella pianura torinese sono comunque riconoscibili alcuni lembi relitti degli antichi conoidi fluvioglaciali e delle cerchie moreniche più esterne.