Вслед за сокращением оледенения снова проявились тектонические глыбовые движения, возобновилось поднятие Катунского хребта. В связи с изменением базиса эрозии усилилась размывающая работа рек, моренные отложения первого оледенения подверглись размыву; перестроилась гидрографическая сеть.
Высокий и уже сильно расчлененный Катунский хребет вновь покрывается ледниками. Это горно-долинное оледенение верхнечетвертичного времени переработало верховья молодых эрозионных долин, придав им форму трогов. С ним связано образование множества каров, висячих долин с ниспадающими из них водопадами и новых типов аккумулятивного рельефа: морен, террас, озерных площадок.
Похолодание климата в ледниковые периоды оказало существенное влияние на изменение флоры и фауны. Широколиственные третичные леса постепенно погибли, а к альпийской и субальпийской растительности Алтая примешалась арктическая и субарктическая, далеко распространявшаяся на юг во время оледенений.
В тектоническом отношении Катунский хребет вместе с прилегающими участками отрогов северной и южной стороны представляет горст, ограниченный крупными разрывными нарушениями. Южной границей горста служит зона крупных сбросов, проходящая в районе Белухи по линии: слияние истоков Капчала – 1 км южнее ручья Россыпного в долине Катуни – край морен XIX века у Берельских ледников. Северная сторона горста обрамлена линиями надвигов, по соседству с которыми развиты опрокинутые к северу складки волочения. Преобладающее простирание складок горста субширотное. Вдоль южной его окраины отложения смяты в серию крупных простых складок с крутыми (70-75°) крыльями и довольно широким пологим сводом. По направлению на север складчатость становится все более напряженной и морфология складок усложняется. В верховьях Аккема-Иедыгема осевые плоскости складок опрокинуты к северу. Крылья складок параллельны и наклонены к югу под углом 60-70°.
В пределах массива Белухи распространены преимущественно метаморфизованные осадочно-вулканогенные образования среднекембрийского возраста. Они представлены метаморфическими сланцами (серицито-хлоритовокварцевыми, хлорито-эпидото-кварцевыми), измененными до стадии «зеленых сланцев», основными и средними эффузивами, яшмо-кварцитами, песчаниками и конгломератами.
По периферии склонов Катунского хребта распространены образования верхнего отдела кембрия, представленные серо-зелеными породами песчано-сланцевого состава, лиловыми и серо-фиолетовыми алевролитами и сланцами. В истоках р. Белой Берели и на Катунь-Берельском водоразделе имеются осадочно-вулканогенные отложения девонского возраста, состоящие из порфиритовых туфов и туфоконгломератов.
