这时，喜马拉雅构造运动爆发，天山、昆仑山、青藏高原强烈抬升到很高的程度，印度洋的湿润气流被隔绝了，哈密盆地仍然是湖盆，沉积泥沙，但动植物却已经并不茂盛了。

就在距今二三百万年的第四纪，不曾预期的又一次巨变发生了。第四纪初期，也就是整个气候彻底变迁。第四纪初期以后，气候比较寒冷了。大的寒冷期到来以后，在新疆大的山地里面都形成了一系列的冰川，也就是冰期。

冰期来临以后，包括天山、昆仑山都是半覆盖型的这种冰川，冰川基本上都可以达到山麓地带。那么后来减冰期的时候，也就是冰臼这些通过洪水的形式，冰川消融形成洪水，把细的沙泥搬运到盆地里面。

洪水把泥沙搬运到到现在的魔鬼城范围内，这时哈密盆地局部的气候已经变得异常干旱，湖盆渐渐干涸了。在两亿多年的地质变迁中，哈密盆地经历了由海盆到湖盆、湖盆到陆盆的沧桑巨变。

大概八十万年左右的时候，地貌开始发育，在哈密盆地最典型的就是，一个是五堡，一直到西面的那个沙尔湖，东面也就是整个从南湖戈壁再向东，到现在敦煌发现的那一片。