古瀬戸内海
やがて伊勢湾まで海退した後、最大規模であった三度目の海進が発生。伊勢湾は水深200メートルの海へ変化し、現在の島根県は水没。紀伊水道を介して太平洋、島根県中央部を介して日本海と繋がり、西南日本は海により分断されて多島海となった。
この大規模な海進の後に海退が起き、第一瀬戸内海は離水した。これは海水準上昇を上回るほどの隆起が西南日本で起きていたことを示唆している。約1500万年前には西南日本の広域応力場が南北伸長場から南北圧縮場に変化しており、またその細かいプロセスに異論はあれど日本海も同時期に急拡大を遂げている。このことから、日本海の拡大と西黒沢海進により西南日本で海進が起こった後、応力場の変化に伴って地形の隆起が生じて海退に遷移したと推測されている。後期中新世ごろから第一瀬戸内海は陸化が進行した。海退直後に東方で設楽や室生火山群の短期間の火山活動が起き、その終期に西方で二上山や石鎚山などの火山が長期的な噴火活動を開始した。火山活動は約1100万年前まで継続。活動が終息した後も、約530万年前までは瀬戸内区から海は消失し、平坦な陸地が長く形成されていた。