На водораздельных участках и по склонам речных долин на поверхность выходят породы татарского отдела. В нижней части разреза они представлены доломитами с прослоями мергелей, глин, гипса, песчаников и известняков, в верхней части преобладают красноцветные песчаники, глины, алевролиты и мергели с прослоями известняков и доломитов. Суммарная мощность пород варьирует от 180 до 220 м. Надпойменные террасы сложены древним аллювием с пестрым литологическим составом. В верхней части разреза преобладают мелкозернистые и тонкие пески, в нижней – крупнозернистые пески, содержащие гравий и гальку. В толще песков встречаются линзы глин, суглинков и супесей. Русло и пойму Волги слагают пески и гравийно-галечная смесь, долины малых рек – суглинки, глины и супеси с линзами торфа, песка и ила. На надпойменных террасах распространены эоловые отложения, представленные мелкозернистыми, хорошо отсортированными песками мощностью до 5–10 м, образующими холмы и гряды.