W trzeciorzędzie zostały utworzone główne rysy rzeźby Katowic. W okresie tym dochodziło do intensywnego wietrzenia chemicznego i denudacji. Zasadnicze znaczenie miała trwająca w miocenie faza ruchów tektonicznych związanych z orogenezą alpejską. Sztywna płyta antyklinorium śląsko-krakowskiego uległa spękaniu, a poszczególne jej części wypiętrzyły się lub zapadły. Powstały wówczas głębokie rowy i zapadliska o przebiegu równoleżnikowym, w tym rów Kłodnicy ciągnący się z Ochojca w kierunku zachodnim.
W plejstocenie obszar Katowic został prawdopodobnie pokryty przez lądolód skandynawski dwukrotnie – podczas zlodowacenia południowopolskiego oraz w czasie zlodowacenia środkowopolskiego. Osady pozostałe po pierwszym z nich w większości zostały usunięte w okresie interglacjału. Lądolód zlodowacenia środkowopolskiego wkroczył na teren Katowic od zachodu wzdłuż obniżenia Kłodnicy. Wypływające z wycofującego się lądolodu środkowopolskiego wody spowodowały zasypanie obniżeń dolinnych materiałem piaszczystym i piaszczysto-żwirowym typu sandrowego. Naniesione w czasie zlodowacenia południowopolskiego i środkowopolskiego, szeroko rozpowszechnione gliny zwałowe oraz piaski i żwiry są najmłodszymi osadami na terenie miasta.