中新世中晚期，盆－岭区裂陷影响到科迪勒拉西部大部地区，产生岭脊，被一些充填有巨厚沉积的深构造盆地分开。这些深盆地下陷得如此之快，以至于流经该区的水系不能维持原状，而是扩展成广布的内部流域受水区。在西亚利桑纳，裂陷开始于中新世而结束于其末期。
科罗拉多高原的西南部受裂陷的影响则小得多，其西部和南部和盆－岭区一样，正断移主要发生在许多小断层和一些大断层之上，如Hurricane断层。但断层强度与盆－岭区不可同日而语。裂陷最显著的影响是奠基了原来较高的高原南部和西南部，这一基础在高原边缘之外形成了构造盆地，干扰了沉积边缘砾石的古老水系聚水区，蓄水和湖相地层的沉积局限于高原，被认为是微弱挠曲的结果。最引人注目的湖相层是中新世最晚期一上新世的Bidahochi组和上新世—更新世的Willw springs组。但这些沉积较之邻近的盆－岭区的普遍存在内部盆地沉积是很少的。
科罗拉多河历史最引人感兴趣的是中新世Muddy Creek组，出露于大峡谷谷口的Trand Wash槽沟和Pierce Ferry地区。无论是Muddy Creek组岩石学和岩相分布，都没有证据指出有河流排入Grand Wash槽沟。恰好相反，却记录了从附近高地来的陆源碎屑的内部水系汇水区。搬运方向和地貌闭合的分析也都支持这一结论。
西向排水的峡谷存在于Grand Wash崖壁，是显著的朝向西断崖形成于盆－岭区变形的时期，这一断崖是大峡谷谷口和科罗拉多高原的西边界，向西排水的峡谷短而陡，注入Grand Wash槽沟，冲沟刻蚀着峡谷并由附近排出的物质堆积了洪积扇。在Pierce峡谷口附近的堆积扇南距大峡谷谷口仅2.5 km，这一堆积扇横跨现在大峡谷口，如果在其形成时大峡谷和科罗拉多河已存于他们现存的位置，这一堆积扇就不可能形成了。
在Grand Wash槽沟，Muddy Creek组的最高层位是Hualapai灰岩，呈指状向下穿插于Muddy Creek的碎屑岩之间，Hualapai灰岩沉积于浅湖之中，从Grand Wash崖壁西延约40 km和Muddy Creek组其他岩石一样，Hualapai灰岩中也不能找到主要河流注入湖泊的证据、湖水含CaCO3和其他盐分高。Hualapai灰岩的沉积记录了穿流水系的历史。
Hualapai灰岩是大峡谷谷口附近地区科罗拉多河下游成型前最年轻沉积单位，虽未能直接定年，但胡佛水坝附近的Muddy Creek组所含玄武岩为5～6Ma。在Pierce Ferry地区，500m 厚的凝灰岩位于Hualapai灰岩之下，测得裂变径迹年龄800万年，峡谷西40km 处的相同凝灰岩测得同样年龄。胡佛大坝南Bouse组，与加利福尼亚湾打开而伴生的河口沉积，记录了科罗拉河在现存河道下游的存在，Bouse组年龄5.47+0.2Ma（K/Ar法）。
在Pierce Ferry地区，与向下流到科罗拉多河谷的科罗拉多河砾石成互层的玄武岩存在于现今斜坡100m内，测得年龄3.8Ma（K/Ar法），说明在4～6Ma间，内流盆地结束，在盆－岭河道沿科罗拉多河下游的外穿流水系形成，此前是没有科罗拉多下游河道存在的。
西部大峡谷地区的证据得出相似的结论，Shivwits高原被晚中新世熔岩所覆盖，其底板是最晚的古生代和最早的中生代岩石，有一长而狭的指状高原向南突出30km 进入到大峡谷，三面被大峡谷所包围。在高原之顶和科罗拉多河之间，在几英里水平距离内，1英里的起伏，形成了峡谷崖壁，残丘、孤峰极端破碎的地形。相反，覆盖高原的玄武岩（图4-13）年龄6～7.5Ma，高原极其平坦光滑，仅几米的起伏。在几处玄武岩锥状裂口区域被形成Shivwits高原边缘的崖壁所截切，现今已无Shivwits火山熔岩残存于大峡谷之中了。
Shivwits高原熔岩局部覆盖于在抗风化的二叠纪Kaibab组之上的三叠纪Moenkopi组的侵蚀尖灭面上，这一形成于北西西走向河谷的尖灭面以北东向陡崖所围限，陡崖顶上盖有三叠纪Shinarump段。这在科罗拉多高原上是常见的，Shinarump段形成的砾石冲刷至河流之中，在火山熔岩层之顶和之下部可见到，这时陡崖已剥蚀殆尽，由大峡谷的支谷取代了其位置。
在Grassy山大峡谷东北25km处Shiwvits高原，600万年玄武岩覆盖在含火成岩和变质岩砾石的砾石层之上。砾石层中也含变质火山岩，似古元古界，出露于现今科罗拉多高原边界之南，砾石层覆于Moenkopi组之上。这些砾石源区只可能是南部，因为其他各方已被剥蚀得只留下古生代和中生代岩石了，砾石和充填物中的长石碎屑都不显示太多风化的迹象，可见这些砾石并不是来源于老岩层中的砾石经再侵蚀而成。缺少砾石中的风化，缺少砾石层和玄武岩之间的风化带，指明其形成时间大致相同。结论是北向流淌的河流，跨过大峡谷西部的现代河道，现代与600万年前一样。这些沟河是一条主要大河道，可能就是古科罗拉多河的支流。但这一大河的主河道在大峡谷西部的北西或西北面。这一结论也从区域上的岩石学研究上得到支持。科罗拉多高原的西南，各种特征都指明大峡谷和大峡谷破碎的地貌形成于600万年前，即在南Shivwits高原的年轻火山熔岩的年龄，科罗拉多河在大峡谷以西的形成一定晚于600万年，但也一定向西北方向流经Strip Country很长的时间。
图4-13 科罗拉多高原面残留的新生代玄武岩