郯廬斷層帶的南段（郯城以南）在三疊紀末期形成，當時是揚子板塊與中朝板塊之間的秦嶺-大別碰撞帶以東的一條走滑斷層。在中生代燕山期，因太平洋板塊向西俯衝到歐亞板塊（廣義）之下，而使郯廬斷層帶向北大幅度延伸，並轉化為逆衝斷層。以後，郯廬斷層帶雖然一度恢復為走滑斷層，但在多數時間內仍以逆衝運動為主。