Тектонические движения, начавшиеся в конце нижнетретичного времени и достигшие максимума в раннечетвертичное время (1 млн. лет назад), подняли выровненную прежде поверхность на различные гипсометрические уровни. Вначале поднятие носило, вероятно, сводовый характер, затем все усиливающиеся напряжения привели к активизации движений по древним тектоническим разломам, к заложению новейших нарушений субширотного направления, к дифференцированным перемещениям тектонических блоков и образованию горстов и грабенов. Одной из таких приподнятых глыб оказался и Катунский хребет. Одновременно с поднятием усиливается эрозия, изменяются климат и растительность.
Последующее общее поднятие в среднечетвертичное время сопровождалось интенсивным оледенением. Это первое оледенение достигало на Алтае наибольшей мощности. Льды покрывали почти все водоразделы, далеко спускались по долинам, и лишь отдельные гребни высоко поднятого и сильно расчлененного Катунского хребта, возможно, не были покрыты льдом. Ледниковые языки, заполнявшие межгорные долины, имели значительную длину. Прежний эрозионный рельеф хребта был значительно видоизменен деятельностью ледников.
Вслед за сокращением оледенения снова проявились тектонические глыбовые движения, возобновилось поднятие Катунского хребта. В связи с изменением базиса эрозии усилилась размывающая работа рек, моренные отложения первого оледенения подверглись размыву; перестроилась гидрографическая сеть.
Высокий и уже сильно расчлененный Катунский хребет вновь покрывается ледниками. Это горно-долинное оледенение верхнечетвертичного времени переработало верховья молодых эрозионных долин, придав им форму трогов. С ним связано образование множества каров, висячих долин с ниспадающими из них водопадами и новых типов аккумулятивного рельефа: морен, террас, озерных площадок.
Похолодание климата в ледниковые периоды оказало существенное влияние на изменение флоры и фауны. Широколиственные третичные леса постепенно погибли, а к альпийской и субальпийской растительности Алтая примешалась арктическая и субарктическая, далеко распространявшаяся на юг во время оледенений.
В тектоническом отношении Катунский хребет вместе с прилегающими участками отрогов северной и южной стороны представляет горст, ограниченный крупными разрывными нарушениями. Южной границей горста служит зона крупных сбросов, проходящая в районе Белухи по линии: слияние истоков Капчала – 1 км южнее ручья Россыпного в долине Катуни – край морен XIX века у Берельских ледников. Северная сторона горста обрамлена линиями надвигов, по соседству с которыми развиты опрокинутые к северу складки волочения. Преобладающее простирание складок горста субширотное. Вдоль южной его окраины отложения смяты в серию крупных простых складок с крутыми (70-75°) крыльями и довольно широким пологим сводом. По направлению на север складчатость становится все более напряженной и морфология складок усложняется. В верховьях Аккема-Иедыгема осевые плоскости складок опрокинуты к северу. Крылья складок параллельны и наклонены к югу под углом 60-70°.
В пределах массива Белухи распространены преимущественно метаморфизованные осадочно-вулканогенные образования среднекембрийского возраста. Они представлены метаморфическими сланцами (серицито-хлоритовокварцевыми, хлорито-эпидото-кварцевыми), измененными до стадии «зеленых сланцев», основными и средними эффузивами, яшмо-кварцитами, песчаниками и конгломератами.
По периферии склонов Катунского хребта распространены образования верхнего отдела кембрия, представленные серо-зелеными породами песчано-сланцевого состава, лиловыми и серо-фиолетовыми алевролитами и сланцами. В истоках р. Белой Берели и на Катунь-Берельском водоразделе имеются осадочно-вулканогенные отложения девонского возраста, состоящие из порфиритовых туфов и туфоконгломератов.
Северная часть массива Белухи сложена породами каледонского интрузивного цикла, представленными силурийскими плагиогранитами и гранодиоритами.
Среднечетвертичные ледниковые отложения, распространенные в левобережье Иедыгема, представлены мореной. В составе морены преобладает крупнообломочный материал до 1-2 м в поперечнике, сцементированный щебнистыми белесо-серыми суглинками с линзами песка, бурых глин и светлых пылеватых суглинков. Она относится к эпохе максимального оледенения. Мощность ее достигает нескольких метров.
