Circa 500.000 anni più tardi (5 milioni di anni fa) si ristabilirono le comunicazioni con l'Atlantico e si ripristinarono condizioni marine, come documentato dalla scomparsa delle specie ipoaline e dall'arrivo di biota prettamente marini tra cui alcune specie indicatrici di acque fredde e profonde (ostracodi e coralli psicrosferici) e numerose nuove specie di molluschi, artropodi, pesci e cetacei.

Questo evento rappresenta il concetto storicamente usato per definire la base del Pliocene. Da questo momento in poi il bacino padano, che sino ad allora aveva seguito le vicende del Mediterraneo, iniziò una sua storia particolare che culminò, nel corso di circa 4,5 milioni di anni, col suo colmamento da parte delle alluvioni del fiume Po, e dei tributari, e con la definitiva emersione.

Dopo l'evento trasgressivo Pliocenico si registrò infatti una nuova fase tettonica compressiva che portò al sollevamento del margine appenninico e dei fondali dell'adiacente bacino padano dove si stavano accumulando milioni e milioni di metri cubi di detriti portati dai fiumi. Non a caso dunque l'attuale Adriatico settentrionale raggiunge una profondità massima di soli 85 mt.

I suddetti depositi diedero origine ad una potente successione sedimentaria marina caratterizzata dalla presenza di due cicli regressivi principali (Ciclo Pliocenico Inferiore e Ciclo Pliocenico superiore, localmente riferibili alla Formazione di Lugagnano ed alla Formazione di Castell'Arquato), intercalati da cicli minori, i cui effetti furono talora amplificati o attenuati dall'intensa tettonica locale che caratterizzava i vari settori dell'Appennino.