後期洪積世に入り、まず扇状地性の礫層である武蔵野礫層や、海成層である山手砂礫層の上に整合に重なるのが武蔵野ローム層で、それは寒冷な古ウルム亜氷期に堆積した火山灰から構成されている。南関東では箱根火山と古富士火山の噴火に起因する火山灰であり、ローム層中に、トウヒ・カラマツ・ツガ属の花紛を大量に含んでいることや、ローム層下のクラック帯にポドソル性土がみられることから、ローム降灰期が寒冷な気候であったと推定される。南関東では武蔵野台地や、相模野台地などの旧扇状地面や、河岸段丘が形成されている。この段丘面は、全国的に各河川の河岸段丘の中では、平均比高一五～二〇メートルの中位段丘であるが、全国の段丘群の区分においては、低位段丘の上位にあてられる、
　武蔵野台地の中で最も広い範囲にわたって分布するのが、この武蔵野段丘面である。これは古多摩川の形成した扇状台地地面であって、狭山丘陵の南西端の海抜一二〇メートルの高度から東方に展開し、砂川九番（九〇メートル）・国分寺（七五メートル）・三鷹（六〇メートル）・深大寺（五〇メートル）・成城町（四〇メートル）と高度を下げながら四〇～二〇メートルの目黒台に接続する。狭山丘陵の東方は荒川の冲積面に接する崖線まで平坦な面を呈して連続しているが、その南限は国分寺懸崖線と呼ぶ段丘崖によって、立川面と明瞭に境されている。この懸崖は国分寺附近では一五メートル前後の比高を示す。この比高値は東南方向に高さを増し、成城町以東では二〇メートルを越え、逆に西北方向には比高を減じ、国分寺市平兵衛新田で一〇メートル、立川市東北部で五～六メートル、砂川九番で懸崖は消滅する。このことは武蔵野面よりも立川面の方が勾配が急であることを示している。この附近では武蔵野段丘は地表から五～七メートルが武蔵野ローム層で、その下に厚さ三～六メートルの武蔵野礫層があるが、更にその下部は、狭山丘陵以南では、三浦層群、以北では東京層や、狭山層であるとされている。