研究資料表明，現在的長江流域的大部分地區，到距今的一億五千萬年前的三疊紀末期，才由汪洋大海變成陸地。那時的海陸輪廓和現在完全不同。現在長江發源地的青藏高原和喜馬拉雅山區，那時還是煙波浩渺的古地中海的一部分。臨近這古地中海的四川、雲南東部地區是一個東高西低的大盆地。原始的長江，當時就發源於盆地東部的三峽地區的山地，沿著自然傾斜的盆地，由東向西，滾滾而流，注入古地中海。這是長江形成的第一階段。
這種大江西流的局麵，大約持續到距今五千萬年的第三紀始新世時期，由於印度板塊與亞歐板塊相撞，使古地中海東部的海底，發生強烈的擠壓，導致了喜馬拉雅山從海洋中升起。印度板塊北移插入亞歐板塊之下，形成了原始的青藏高原。這種滄桑巨變，使早期的長江下遊入海口一帶的低窪地區，變成了逐漸抬升的山地高原。這樣，長江水隻得另找出路，沿南北排列的橫斷山區，滾滾南流，注入南海。與此同時，三峽以東的東西狹長的盆地中，由於強烈的地殼運動，產生了東西方向的大斷裂，使原來比較分散的水流，集中到低窪的斷裂破碎帶：隨著流水浸蝕作用的不斷加強，本來封閉的盆地東部，被流水衝出了缺口，形成了東流入海的長江中下遊河道。這時，即大約距今二千萬年前，長江分為兩段：三峽以西江水南流，注入南海；三峽以東，大江東去，流入東海。這是長江形成的第二階段。
由於三峽以東的長江，隨著河流下蝕作用的加強，不斷產生了類似瀑布後退一樣的向源侵蝕作用，使河流向源頭方向逐漸伸長，三峽分水嶺也就隨之變窄、降低。最後，東部長江流水截奪過來，形成了河流發展過程中時常發生的河流襲奪現象。這時，東部的長江，源頭不斷向西延伸，已是源遠流長、江水浩蕩的大江了。而西部的長江，上遊被襲奪後，變成了“無源之水”的截頭河，剩下中下遊，繼續南流注入南海。這是長江形成的第三階段。