I tidlig miocen (rundt 20 millioner år siden) fant det igjen sted en fase med tilbaketrekning av havet. I denne perioden hadde Paratethys igjen fått forbindelser til Middelhavet. Denne trenden ble reversert halvveis inn i miocen, og deler av Paratethys var nå ofte separert fra hverandre. Da Middelhavet tørket inn under den messiniske salinitetskrisen (rundt 6 millioner år siden) var det perioder hvor vann fra Paratethys rant inn i de uttørkede Middelhavsbekkenene. I pliocen (5,33 til 2,58 millioner år siden) ble det tidligere Paratethys oppdelt i flere innlandssjøer, som til tider var fullstendig adskilt fra hverandre. Et eksempel var Pannoniasjøen, en brakkvannssjø i Pannoniabekkenet. Mange av disse sjøene forsvant før starten på pleistocen, og i dag er det bare Svartehavet, Det kaspiske hav og Aralsjøen som er igjen av det som en gang var et enormt innlandshav.