早白垩世末以来,区域动力体系发生再次转换,鄂尔多斯盆地的构造演化受到太平洋动力体系控制,晚新生代来自西南方西青藏高原隆升作用的远程挤压效应越来越明显。鄂尔多斯盆地总体表现抬升,湖盆消失,此后再也没有大范围接受区域性广泛沉积,盆地进入了以遭受多种不同形式强烈而不均匀改造为主的后期改造阶段。
晚白垩世—早第三纪的古新世,全区处于缓慢隆升状态,遭受剥蚀和夷平,普遍缺乏沉积。始新世开始,由于区域构造应力场性质的变化,在鄂尔多斯地块周缘地区沿先前挤压结构面发生构造反转活动。这次运动对于鄂尔多斯盆地具有特殊的意义,它打破了全区整体抬升的局面,鄂尔多斯地块周缘开始发生破裂,河套、渭河、银川等断陷盆地的雏形相继形成,鄂尔多斯地块与周缘地区发生明显的构造、沉积分异,前者继续以隆升为主,后者开始接受巨厚的新生代沉积。中新世晚期(8Ma左右)鄂尔多斯本部东西发生坳隆反转,东部率先接受风尘沉积,西缘六盘山开始隆升。上新世以来,六盘山和盆地本部阶段性隆升速度加快,周缘盆地断陷作用加强。第四纪至今为这一构造格局的继续。
综上,鄂尔多斯盆地延长组是在盆地经历了中—新元古代裂谷阶段、早古生代大华北内克拉通陆表海阶段和晚古生代—早、中三叠世华北克拉通内陆盆地阶段的基础上形成和发展的;三叠纪之后,由于后期晚印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动对盆地的改造,最终形成了现今的盆地面貌。因此,现今鄂尔多斯盆地所在地区,为地史上不同时期多个盆地叠加、复合,并遭受明显改造的残留叠合盆地(刘池阳,2005)。