在中生代漫长的1亿多年里,盆地气候温暖湿润,到处生长蕨类、苏铁和裸子植物,是又一个成煤期,永荣煤矿即在三叠纪和侏罗纪时形成。东起长寿、垫江,西到江油、邛崃,北抵大巴山麓,南到贵州赤水,还是天然气富集区。这一时期爬行动物恐龙称霸一时。1957年在合州发现的“合州马门溪龙”身长22米,高3.5米,是中国亚洲最大和最完整的恐龙化石。7000万年前的白垩纪末期,发生又一次强烈的地壳运动“燕山运动”。盆地四周山地继续隆起,同时产生不少大断层,如西部的龙门山大断层和东部的华莹山大断层,把盆地分为三部分。蜀湖缩小为仅有2万平方公里的蜀湖。封闭的盆地地形及急剧缩小的水面,使气候逐渐变得干热,沉积物由海相、海陆交替相变为陆相,大量风化、侵蚀、剥蚀的物质在盆地堆积了数千米厚,形成红色和紫红色的砂、泥、页岩。裸子植物不断衰退,恐龙灭绝了。内陆湖泊在干燥条件下,经强烈蒸发,浓度增大,盐分不断积累,形成盐湖,后来泥沙掩埋而保存于地层之中,经过漫长的地质作用形成岩层,自贡一带是著名的井盐产地。 2000多万年前的新第三纪,受喜马拉雅造山运动的影响。距今二、三百万年的第四纪,地壳再次发生构造运动。