质花岗岩、片麻岩和片岩夹扁豆状白云岩及大理岩。它又可以分为杲兰群和兴隆山群。蓟县系地层零星分布于大通河下游和榆中县小康营以南、高崖西南，另外在马衔山西北麓的高家湾、孙家湾、羊寨一带也有分布。震旦系仅在永登县西北铁成沟、杏儿沟一带有少量出露。[49]
古生界地层仅分布在永登县和皋兰县北部边界一带，呈北西—南东方向的条带状展布，组成了祁连山东延余脉的宝泉山、和尚沟岘、大土梁等北部界山。寒武系仅分布在永登县葛家堡、甘露池、沙梁墩以东，皋兰县大横路至大土梁以北的边境一带。奥陶系主要分布在永登县境内。志留系分布在永登县富强堡、骟马坪、四泉、宋家窑及皋兰县石青洞至白坡子的北部边界一带。泥盆系零星分布在永登县北部边界的宋家堡、白涝池—韭菜沟、泉儿沟掌、大荒草沟等地。石炭系出露在永登县北部边界。二叠系出露在永登县北部边界一带。
中生界在红古区和永登县境内更为广泛。三叠系出露在永登县北部边界。侏罗系主要分布于红古区、七里河区和榆中县。白垩系主要分布在永登县奖俊埠岭周围、庄浪河与咸水河两岸，西固区区河口，七里河区七道梁，城关区青白石一带。[49]
新生界地层是兰州市出露最广地层，其中上新统临夏组分布较广。下第三系的固原群，零星分布于榆中县南部边界的刘家嘴—骡子滩一带。西宁群主要分布在大通河与庄浪河之间。兰州市第四系极为发育，遍布全市。