Al Miocene superiore, invece, e più precisamente al Messiniano (6,5-5,7 MA), risalirebbe una regressione generalizzata del mare, detta pertanto “Regressione Messiniana”, che ha riportato l’isola in condizioni di continentalità. Ciò è stato provato, nel 1970, da un gruppo di scienziati che, sulla nave da ricerca Glomar Challenger, ha effettuato degli studi sul fondale del Mar Mediterraneo, che hanno portato alla scoperta di enormi depositi evaporatici di sale e gesso, risultato dell’intensa evaporazione che il Mediterraneo, perduti i collegamenti con l’Atlantico, ha subito nel Messiniano. Il Cenozoico termina col Pliocene (5,2-1,8 MA). Degni di nota, in questo periodo, sono l’abbassamento dell’isola nel versante occidentale ed il conseguente sollevamento della parte Orientale; e inoltre l’apertura di un nuovo ciclo di eruzioni, quello “plio-quaternario”, che ha prodotto dapprima gli estesi espandimenti basaltici degli altopiani di Campeda e della Giara di Gesturi e successivamente il M.te Ferru e il M.te Arci con lave di tipo riolitico, trachitico con presenza di ossidiane. Imponenti quantità di detriti, derivanti dal rimaneggiamento dei sedimenti miocenici, hanno, infine, riempito la fossa del Campidano.