第四纪以前，小江流域内的河谷宽浅，地面平缓，保持着准平原的面貌，为云南高原东北部的一部分。
云南高原现代地貌发育过程的地质基础奠定于中生代末期的燕山运动。进入第三纪以来，经过始新世之初的构造运动之后，云南高原所在的广大地区，地壳的构造活动转弱，外营力的剥蚀过程随之起了主导的作用，燕山运动造成的起伏地形逐渐被夷平，高地部位的侵蚀物质将凹陷地区充填，地面日趋平缓。至渐新世末期，大约距今30Ma B。P。前后，首先发生于西藏地区，继而发生于台湾的喜玛拉雅运动A幕开始，这次地壳构造活动的影响几乎波及全国范围。青藏高原伴随这次造山运动出现了一定幅度的抬升，云南高原地区受青藏高原抬升的影响，地面也发生具有一定高度的上升。在经受喜玛拉雅构造运动A幕的影响，云南高原地区上升的过程中，地面流水因此而产生下切作用，古老的云南准平原面出现了具有一定幅度的起伏。经过喜玛拉雅运动A幕之后，云南高原地区的地壳构造活动又转入一个相对宁静的地质时期。在这个时期之内，外营力作用又得以进行广泛的剥蚀和夷平作用，至中新世早期，云南高原地区出现了辽阔而平缓的夷平面，这个古夷平面也就是被称为云南准平原的夷平面，也就是经过地壳构造运动抬升后而成为云南高原的前身。从第三纪中新世到上新世末，云南高原地区曾经发生多次间歇性的地壳抬升。伴随地壳的抬升过程，流水下切，在随后地壳构造运动间歇性的平静期间，流水的侵蚀和夷平作用显著，以致在云南高原以下形成了阶梯状的剥蚀面，使得本区地势有了比较明显的起伏，并形成多层性结构。当时的小江流域除牯牛岭至雪岭一线为突起的阶梯状蚀余山地外，其余的地区地面起伏和缓。根据第四纪以来小江流域河谷系统的发育过程来看，小江与金沙江的汇合口处，海拔高程仅750m左右，而小江流域上游地面现存的波状高原面，海拔高程约2000m，这显示出小江流域地区自上新世末期以来抬升了约1200余米，而当时古原面的海拔高程应与现代小江与金沙江汇合处的高度位置相当，至少不会高于海拔700～800m。
小江流域从晚第三纪以来，在地壳间歇性抬升过程中地势不断上升，至上新世末期地面高程已升至约海拔700～800m的高度。在这样的地势条件下，由于晚第三纪我国西部海退，欧亚大陆联成一片，以海陆热力差异为主导因素的季风环流系统开始出现雏型，加之行星系统大气环流的季节移动和青藏高原大面积的具有一定幅度的抬升，导致了小江流域地区在晚第三纪末期逐渐出现了夏季温热多雨，冬季温暖干燥的气候特征。由于当时小江流域地势已具700～800m的海拔高度，因而其气候总特征已较同一纬度带内的其它海拔高度较低的地区凉爽湿润，这从滇池晚上新世孢粉组合中即可看出。滇池晚上新世地层顶部第6孢粉带为松（pinus）林带，该带中松（pinus）的花粉占具优势，但云杉（picea）和冷杉（Abies）花粉数量和栎属（Quercus）以及其他阔叶植物花粉都较上一孢粉带有所增加，这反映了当时的植被面貌仍为温暖的松（pinus）林带，其中加入了少量的喜寒温性植物。从植物花粉组合特征来看，喜寒性的针叶植物花粉估计来自湖盆周围的山地，滇池盆地以及广阔的云南高原面上仍为落叶阔叶树和湿性常绿阔叶树混交林所分布，属于亚热带植被。在小江流域的拖布卡盆地内，上新世沉积地层由河流相沉积过渡到湖相沉积，这种转变表示在上新世期间，小江流域内的拖布卡周围地区地面渐趋平缓，地面流水下蚀侵蚀能力逐渐转弱，并开始发育湖沼相的褐煤地层。在褐煤层内含有木质化石——树枝及其碎屑和豆科植物果实（黑豆）。这些迹象都明显地反映出，上新世末期小江流域内除牯牛岭-雪岭一带的台状蚀余山地外，广大地区的地势平缓，地面流水的侵蚀能力微弱，气候温热湿润，以高原面上的低洼地区为地表物质的汇集中心，以细粒的粘土和粉砂沉积为主，并发育有一定厚度的褐煤层。
