Epoca del Mioceno Tardío, hace 13 a 5 millones de años

Así como la Placa del Pacífico continuó su piratería de la orilla oeste de la Placa de Norteamérica, el suelo de la falla geológica del valle bajó más abajo del nivel del mar para crear el Proto Golfo de California. Hace más de 5 millones de años el Río Colorado no desembocaba en el Golfo de California, pero el curso de su caudal sí iba a algún lugar localizado hacia el este y el sur.

La vida marina tropical del Golfo creció, tal como lo demuestran las evidencias de la extensa cama de fósiles de esta época. El Golfo de California se extendió hacia el norte para llegar justo al norte del Valle de Coachella en el Sur de California. La falla de San Andrés y otras fallas de la "strike slip" comenzaron durante esta época y así, la recientemente creada península comenzó a moverse hacia el norte.

Época del Plioceno, hace 5 a 2 millones de años

La corteza bajo el Golfo de California se extiendió más allá de su capacidad y se rompió, de tal manera que el magma ascendió para llenar las grietas y comenzó la formación de una nueva corteza oceánica. Hace 5 millones de años, aproximadamente, el Río Colorado cambió su curso y empiezó a dirigir su caudal hacia el Golfo de California Norte, llenándolo con gruesos depósitos de sedimento.

Ocasionalmente grandes deslaves llamados "sturzstroms" podían hacer estragos. Estos deslaves, posiblemente desencadenados por temblores de tierra, hicieron que laderas de montañas completas se desgajaran y en un tiempo menor de 10 segundos, viajaran de 10 a 15 millas para golpear las tranquilas aguas del Golfo. Un evento de este tipo se conserva en la parte oriental del condado de San Diego, en el parque estatal del Desierto de Anza-Borrego.

Época del Pleistoceno a nuestros días, hace 2 millones de años a 0 millones de años

Grandes levantamientos del sur de California y Baja California dieron como resultado unas elevadas montañas de hasta 10,000 pies (3,050 m). La parte norte del Golfo de California se llenó de 6 km (20,000 pies) de sedimentos llevados por el Río Colorado y las tierras que lo rodeaban. En la profundidad, abajo de los sedimentos, continuó formándose una nueva corteza con el magma que ascendió. Parte de este magma se derritió dentro de la gruesa capa de sedimentos que llenaban el Alto Golfo, llegando hoy día, muy cerca de la superficie y creando aguas termales y otros fenómenos geotérmicos. Las compañías de electricidad y fuerza de California y La Comisión Federal de Electricidad, en Baja California han perforado estos lugares para generar electricidad.