Приблизительно 620–600 тыс. лет назад началась серия оледенений, которая с перерывами продолжалась почти 100 тыс. лет. На севере Центральной Европы наступило оледенение эльстер (в Альпах — миндельское оледенение). Ледники, опустившись со Скандинавских гор, затопили котловину Балтийского и Северного морей и захватили равнины, дойдя до широты Кракова (50° с. ш.). Ледники занимали в основном север Русской равнины. Еще недавно большинство геологов считали, что максимальным оледенением в Восточной Европе было днепровское. Полагали, что с севера на юг двигались два ледниковых языка этого оледенения: один — по долине Днепра, другой — по долине Дона. Детальные исследования, проведенные большой группой специалистов из Института географии АН СССР, показали, что днепровский и донской языки имеют различный возраст. В интервале 600–500 тыс. лет назад лед спускался только по долине Дона, большая часть долины Днепра была свободна ото льда. В периоды потеплений в Европе распространились леса, однако преобладали степные ландшафты, животный мир включал северного оленя, овцебыка, появился ранний тип мамонта.
Мощные ледники, преградившие рекам путь на север, привели к значительным разливам замкнутых бассейнов на юге — Черноморского и Каспийского. Следующий этап в истории Черного моря известен под названием древнеэвксинского (термин введен в науку в начале XX в. Н. И. Андрусовым). Этот этап начался с регрессии моря. Уровень бассейна понизился на 40–45 м. На такой глубине обнаружили устья затопленных и погребенных под позднейшими отложениями рек. Затем уровень моря стал быстро подниматься. На Кавказском побережье и на берегах Азовского моря четко выделяется терраса, соответствующая трансгрессии древнеэвксинского водоема. Он был в основном замкнутым. Вода в нем была солоноватой. Фауна моллюсков, распространенная в бассейне, образовалась, как считают палеонтологи, преимущественно в результате эволюции чаудинских форм. Многие виды попали в Черноморский бассейн через Манычский пролив из Каспия. В то же время в отдельных точках в составе древнеэвксинской фауны находят типичные средиземноморские виды. По-видимому, в ходе трансгрессий, происходивших в течение потеплений, разделявших стадии мендельского оледенения, средиземноморские воды через проливы Босфор, Дарданеллы и Мраморное море переливались в Черноморскую котловину.
Ниже древнеэвксинских террас в некоторых районах Кавказского побережья выделяется уровень, который связывают с Палеоузунларским бассейном. Воды этого водоема были слабосолеными — следствие увеличивающегося проникновения соленой воды из Средиземного моря. Затем, после некоторого понижения уровня, в черноморской зоне произошли одна за другой две трансгрессии. Первая получила название «поздняя древнеэвксинская», вторая — «узунларская». Поздняя древнеэвксинская трансгрессия произошла почти исключительно за счет поступления вод рек из подпорных водоемов; помимо этого, большое количество воды перекачивалось Манычем из Каспийского бассейна. Спустя несколько тысячелетий этот бассейн превратился в Узунларское море, в которое свободно поступали средиземноморские воды. В результате воды в Узунларском море были слабосолеными. В составе узунларской фауны много средиземноморских видов; в некоторых районах они были господствующими. Новые исследования позволили установить, что узунларская трансгрессия произошла одновременно с одним из межледниковий (шкловским) Русской равнины.
В Каспийской котловине существовал Нижнехазарский водоем. В начале уровень Каспия понизился на 40–50 м ниже современного. Трансгрессивное повышение Каспия совпало со значительным обновлением морской фауны моллюсков. Эта фауна, известная под названием «гюргянская» (господствующей формой была Didacna trigonoides), образовалась в основном за счет поступления огромного количества талых ледниковых вод, сброшенных через бассейн Волги. Осадки Нижнехазарского бассейна содержат огромное количество обломочного материала. Считают, что это тоже результат поступления в Каспий талых ледниковых вод. Большое количество обломочного материала приносила и палео-Амударья, протекавшая в те времена по низменным Каракумам и впадавшая в Каспий.
На западном побережье Каспия к нижнехазарскому времени относят три террасы на высотах 160–170, 120–130 и 85–90 м. Предполагают, что они соответствуют трем последовательным трансгрессиям Нижнехазарского бассейна. Палеоботанические исследования подтверждают, что Нижнехазарский водоем существовал преимущественно в холодных условиях ледниковой эпохи. Прибрежные отложения этого времени содержат «сингильскую» флору, состоящую из холодоустойчивых растений.