Apoyada en contacto concordante transicional sobre Sauce Grande se encuentra la Formación Piedra Azul. Esta unidad alcanza un espesor de 300 m (Harrington, 1947; Japas, 1986), está mayormente integrada por pelitas (tanto macizas como laminadas), facies heterolíticas y escasas areniscas finas con diferentes tipos de estratificación entrecruzada.
De acuerdo con sus características litológicas Piedra Azul puede ser dividida en dos secciones (Harrington, 1947; Andreis y Japas, 1991). La inferior es predominantemente pelítica, aunque suele incluir algunos niveles de areniscas finas y muy finas con laminación ondulítica y ondulitas en el techo de los bancos; este intervalo ha proporcionado algunos restos de gasterópodos en deficiente estado de preservación correspondientes al género Murchisonia sp. (Harrington, 1947).

A las litologías descriptas deben agregárseles algunos niveles diamictíticos, principalmente matriz-soportados, conteniendo clastos de hasta 30 cm de diámetro máximo dispersos en una matriz pelítica o wáckica (Andreis y Japas, 1991). La sección superior de la Formación Piedra Azul se caracteriza por un incremento en la proporción de areniscas, lo que le confiere cierto carácter granocreciente a la secuencia.

La Formación Piedra Azul se depositó en ambiente marino una vez finalizadas las condiciones glaciarias. La sedimentación habría tenido lugar dentro de un contexto transgresivo, resultado del ajuste isostático postglacial que favoreció la acumulación de sedimentos finos (López Gamundí, 1989; Andreis y Japas, 1991).