Позднечетвертичное время (12—200 тыс. лет назад) известно в геологии так же существенными тектоническими изменениями. В результате активизации Жонгарской тектонической фазы горы продолжали расти, поверхность земли начала приобретать близкий к современному облик. Тектонические движения охватили наряду с молодыми горными хребтами юго-востока Казахстана также равнинные территории. Так, отдельные мелкосопочные формы рельефа Сарыарки достигли высот в 1000—1500 м. К середине этого времени наступило потепление, которое привело к таянию мерзлотной почвы степной зоны, снега и льда на вершинах гор и увеличению водных потоков. Возникли новые крупные реки.
Росла эрозионная активность рек, вытекающих из гор Алатау и Каратау. В результате слияния коротких горных рек образовались крупные речные долины, расположенные вдоль горных ущелий и предгорных равнин. Например, по ущелью между Кунгей и Заилийским Алатау р.р.Шилик и Чон-Кемин начали развиваться по горным вершинам соответственно на восток и запад. Реки, берущие свои истоки в горах Кетмен, Жонгарии и Заилийс-кого Алатау и расположенные поперек к этим хребтам, образовали водную артерию р.Иле. Начинающиеся с отрогов Таласского Алатау и хребта Большой Каратау водные потоки слившись, образовали р.Арысь. Ручьи, вытекающие из ущелья Тарбагатая и отрогов Алтая, развили р.Иртыш. Увеличилась эрозионная сила рек водораздела Сарыарки, вытекавших в северном и южном направлениях, которые размывали горные породы долин и отлагали песчаные осадки.
В регионах Каратау, Жетысу (Семиречье), Иртыша, Сарыарки и Прикаспия вдоль рек и горных ущелий пышно произрастали леса, рощи и луга, в которых обитали гигантские слоны, бизоны, большерогие олени, хищные звери. В засушливых степных зонах паслись верблюды, табуны куланов, лошадей (тарпанов) и сайгаков. В местностях с такими благоприятными экологическими условиями осталось множество памятников гоминидов мус-тьерской культуры.
В современном Центральном и Северном Казахстане 50-70 тыс. лет назад наступило похолодание, были заморозки. На засушливых территориях разыгрались сильные ветра, которые поднимали в воздух пылеватый материал и откладывали его в виде лёссовых образований. После этого, т.е. около 25—50 тыс. лет назад, в этих краях наступило потепление, оказавшее благоприятное влияние на развитие фауны и флоры, продолжали свое существование крупные млекопитающие. Адаптированные к суровым климатическим условиям люди позднего палеолита, охотничьи племена начали обустраивать свои стоянки. Однако, климат в северных регионах был еще прохладным. Об этом свидетельствуют обитатели влажных лесов — лоси, бобры и др.
В Центральном и Северном Казахстана 12-25 тыс. лет назад установился самый сухой и холодный отрезок времени, осадков было на 150-200 мм меньше, температура июля на 2°, а января на 10-12° была ниже, чем в настоящее время. Обширная зона мерзлоты (криолитозона), граница которой примерно проходила у южной оконечности Мугалжар, пересекала Торгайский прогиб и через горы Улытау протягивалась к Алтаю, приближалась к северным окраинам хребта Каратау [44, 48].
Сильное похолодание вызвало оледенение даже предгорных долин горных хребтов юго-восточной части территории Казахстана. В пустынях разыгрался сильный ветер, который перемещал песчаные холмы и гряды, поднимал в воздух пыльную массу и осаждал ее на предгорных равнинах и в межгорных впадинах в виде лёссовых покровов. К холодным климатическим условиям начали адаптироваться животные и позднепалеолитические люди. Люди укрывались от холода в пещерах. В зарослях и лугах обитали приспособившиеся к холодным условиям мамонты, шерстистые носороги и бизоны. В засушливых степях обитали туры, верблюды, куланы и сайгаки. Именно в это время жители пещер начали изображать на их стенах диких зверей, что свидетельствует о возросшей культуре людей.
Между двумя сильными похолоданиями, т.е. в промежутке времени около 25—50 тыс. лет назад, существовало потепление, приведшее к таянию горно-долинных ледников и увеличению влажности. Оживившиеся горные потоки выносили огромное количество рыхлого материала и откладывали его в виде новых предгорных конусов выноса. Во впадинах, заполненных стекавшими водными потоками, образовались озера Арал, Балхаш, Биликоль, Тениз и др.
