Bước vào Mioxen sớm quá trình giãn đáy Biển Đông theo phương Tây Bắc – Đông Nam đã yếu đi và nhanh chóng kết thúc vào cuối Mioxen sớm (17tr.năm), tiếp theo là quá trình nguội lạnh vỏ. Trong thời kỳ đầu Mioxen sớm các hoạt động đứt gãy vẫn còn xảy ra yếu và chỉ chấm dứt hoàn toàn từ Mioxen giữa.
Tuy nhiên, ở bể Cửu Long vẫn xảy ra các hoạt động tái căng giãn yếu, lún chìm từ từ trong Mioxen sớm và hoạt động núi lửa ở một số nơi, đặc biệt ở phần Đông Bắc bể. Vào cuối Mioxen sớm, trên phần lớn diện tích bể diễn ra biến cố chìm sâu bể với sự thành tạo tầng “sét Rotalid” biển nông rộng khắp, được coi là tầng đánh dấu địa tầng và cũng là tầng chắn khu vực khá tốt cho toàn bể. Cuối Mioxen sớm toàn bể trải qua quá trình nâng khu vực và bóc mòn yếu, bằng chứng là tầng sét Rotalid chỉ bị bào mòn từng phần và vẫn duy trì tính phân bố khu vực của nó.
Vào Mioxen giữa có một pha nâng lên dẫn dến sự tái thiết lập điều kiện môi trường sông ở phần Tây Nam bể còn phần Đông, Đông Bắc bể điều kiện ven bờ vẫn tiếp tục được duy trì.
Mioxen muộn được đánh dấu bằng sự lún chìm mạnh ở Biển Đông và phần rìa của nó, khởi đầu quá trình thành tạo thềm lục địa hiện tại Đông Việt Nam. Núi lửa hoạt động tích cực ở phần Đông Bắc bể Cửu Long, Nam Côn Sơn và phần đất liền Nam Việt Nam. Từ Mioxen muộn bể Cửu Long đã hoàn toàn thông với bể Nam Côn Sơn, các hệ thống sông Cửu Long và sông Đồng Nai trở thành nguồn cung cấp trầm tích cho cả hai bể. Các trầm tích hạt thô được tích tụ trong môi trường ven bờ ở phần Nam bể và môi trường biển nông trong ở phần Đông Bắc bể.
Plioxen là thời gian biển tiến rộng lớn và có lẽ đây là lần đầu tiên toàn bộ vùng Biển Đông hiện tại nằm dưới mực nước biển. Các trầm tích hạt mịn hơn được vận chuyển vào vùng bể Cửu Long và xa hơn tích tụ vào vùng bể Nam Côn Sơn trong điều kiện nước sâu hơn.
