La sequenza pliocenica occupa la parte intermedia del bacino. Essa si trova rispetto alla sequenza miocenica in contatto tettonico nella zona montana e stratigrafico nella parte inferiore del bacino. Mentre le Argille del Pliocene medio sono trasgressive su quelle del Pliocene inferiore.

Sabbie ed arenarie (Pliocene inferiore)
Sabbie e arenarie gialle variamente cementate alternate ad argille marnoso siltose. Si intercalano talora orizzonti conglomeratici a ciottoli calcarei con spigoli vivi. Tale litotipo affiora nella parte terminale del Torrente Arzilla nelle localit� Rosciano e Roncosambaccio. I corpi arenacei talora si presentano in banchi anche molto cementati con cavit� come in Loc. Rinalducci.

Argille marnoso-siltose (Pliocene inferiore)
Argille marnoso-siltose talora lievemente sabbiose localizzate in una limitatissima fascia immediatamente ad est di Villagrande.

Argille azzurre del Pliocene (Pliocene medio)
Argille marnose azzurre siltose talora lievemente sabbiose. Si rilevano tuttavia consistenti corpi sabbiosi nelle localit� di La Balante, Uffreduccia e Monte delle Forche. Tale litotipo affiora nella parte media del bacino, nella fascia collinare compresa fra Villa Betti e Santa Maria dell'Arzilla.