Questo settore si estende dalla linea Tavoleto-Sassocorvaro-Fossombrone-S. Lorenzo in Campo sino al confine appenninico con l’Emilia-Romagna, la Toscana e l’Umbria.
Le quote vanno dai 400 m s.l.m. sino ai 1701 m del M. Catria, le temperature medie annue variano tra i 13° e gli 11° circa e le precipitazioni medie annue tra i 900 e i 1200 mm e oltre (sino a 1800 mm a Fonte Avellana).
E’ compreso nei piani bioclimatici alto-collinare, basso-montano e alto-montano (BIONDI et al., 1995). Dal punto di vista vegetazionale è compreso nei piani collinare e montano (quest’ultimo di estensione relativamente limitata e circoscritto ai gruppi montuosi principali) corrispondenti alle fasce di vegetazione submediterranea e montana oceanica (UBALDI, 2000). La prima fascia comprende la sottofascia collinare interna, caratterizzata da querceti di Roverella nei versanti caldi e da boschi di Carpino nero e Cerro nei versanti freschi, la sottofascia submontana, estesa nelle aree pedemontane appenniniche, caratterizzata da boschi di Carpino nero e Cerro, e infine la sottofascia submediterraneo-montana, estesa nel Montefeltro (M.Carpegna, Sasso di Simone e M.Copiolo), caratterizzata da faggete e boschi di Carpino bianco e Cerro. La fascia montana oceanica è limitata alle parti alte del M. Carpegna, dell’Alpe della Luna, del M. Catria e del M. Nerone ed è costituita da faggete.

La parte più settentrionale dell'Appennino Umbro-Marchigiano ricadente nella nostra Provincia è formata da una porzione della Catena del Falterona, che da questa montagna arriva fino al Colle di Gubbio. Vi affiorano rocce appartenenti, a Nord, al Complesso Ligure dalla Serie Pietraforte-Alberese, più a Sud alla Formazione Marnoso-Arenacea del Serravalliano-Langhiano.
Nella parte settentrionale di questa catena sono compresi il Poggio dei Tre Vescovi (1126 m) e La Montagnola (1153 m). A oriente si estendono le due catene secondarie del Montefeltro. La più settentrionale delle due, con direzione O.-SO.-E.NE., rappresenta lo spartiacque fra il bacino del F. Savio e quello del F. Marecchia e comprende M. Aquilone (1355 m, Formazione di M. Fumaiolo del Miocene medio-inferiore), Poggio la Croce (915 m, depositi pelitico-arenacei (2) del Serravalliano-Langhiano), M. della Perticara e M. Pincio (rispettivamente 885 e 861 m, sabbie e conglomerati del Pliocene inferiore). La seconda catena, parallela alla prima, comprende il M. Canale (1052 m), M. Carpegna (1415 m) e M. Palazzolo (1194 m) (Alberese dell'Eocene-Cretaceo superiore), M. Simoncello e Sasso di Simone (1221 m e 1204 m, Formazione di S. Marino), M. Copiolo (1033 m, Formazione di S. Marino), ecc. La catena fa da spartiacque tra il bacino del F. Marecchia e quello del F. Foglia. In questo territorio si trova la cosiddetta Colata gravitativa della Valmarecchia, complesso geologico caratterizzato da una vasta copertura di depositi argillitici caotici (Argille scagliose) su cui "galleggiano" placche di materiali più compatti (i cosiddetti esotici) che costituiscono le due catene parallele viste sopra.
La Catena del Falterona prosegue verso Sud con i rilievi compresi fra l'Alpe della Luna e il Valico di Bocca Trabaria, facenti parte della cosiddetta Massa Trabaria. Non vi sono cime molto elevate (M. Sodo Pulito 1225 m, Poggio Alto 1262 m e M. S.Antonio 1169 m), ma l'esposizione e la natura dei suoli, appartenenti alla Marnoso-Arenacea, consentono la presenza di estesi boschi mesofili, soprattutto cerrete, faggete e boschi misti. Nei pressi di Bocca Trabaria si trova anche un piccolo nucleo di Abete bianco (Abies alba), specie con certezza autoctona nelle Marche solo in questo territorio e nei Monti della Laga.
Le Serre poste tra il M. Vicino e il T. Burano (Serra della Stretta, Serra di Burano, ecc.), anch’esse appartenenti alla Catena del Falterona, sono rilievi di quota abbastanza modesta (Pian della Serra 1020 m) che corrono paralleli ad occidente dei gruppi montuosi del M. Catria e del M. Nerone. Sono costituite da rocce pelitico-arenacee e arenacee (Elemento di M.Vicino), ricoperte di boschi mesofili e ospitanti numerose piante calcifughe, alcune delle quali estremamente rare.

A Sud del F. Foglia iniziano la Dorsale Umbro-Marchigiana e la Dorsale Marchigiana. Sono montagne costituite essenzialmente da rocce mesozoiche prevalentemente calcaree appartenenti alla Serie Umbro-Marchigiana (partendo dalle più antiche alle più recenti: Calcare massiccio del Sinemuriano-Trias superiore, Corniola del Pliensbachiano-Lotharingiano, Formazione del Bugarone del Titoniano superiore-Pliensbachiano, Maiolica dell'Aptiano-Titoniano superiore, Marne a fucoidi del Cenomaniano-Aptiano, Scaglia variegata - Scaglia rosata e Scaglia bianca, Scaglia cinerea, Bisciaro).
Le dorsali sono tagliate perpendicolarmente dai principali corsi d’acqua, così da formare una serie di gole rupestri (Gola del Furlo, di Gorgo a Cerbara, del Biscubio e del Burano).
La Dorsale Umbro-Marchigiana, con direzione NO-SE, è costituita essenzialmente dal Gruppo del M. Nerone e da quello del M. Catria. Fra le vette principali si possono ricordare: M. Nerone (1525 m), la Montagnola (1486 m), M. Petrano (1162 m), M. Tenetra (1240 m), M. Acuto (1668 m) e M. Catria (1701 m). Avendo una morfologia piuttosto accidentata e irregolare, comprendente gli ambienti più svariati quali cime minori, profonde gole, valloni, corsi d'acqua, pareti rocciose, ghiaioni, ecc., possiede una flora estremamente ricca e adattata alle diverse tipologie di ambienti.
Ad Est di questa catena si estende la Dorsale Marchigiana che inizia coi Monti del Furlo; comprende nella Provincia il M. Pietralata (888 m), il M. Paganuccio (976 m) e verso Sud fino ai confini con la Provincia di Ancona rilievi di aspetto collinare. Nonostante la quota modesta e l'estensione limitata di queste montagne, la flora vi è straordinariamente ricca e composita.
A NE dei Monti del Furlo si estendono i Monti della Cesana, nelle cui parti sommitali affiorano prevalentemente Scaglia variegata, Scaglia rosata e Scaglia Bianca del Priaboniano-Cenomaniano, e a Sud di questi, separati dalla Valle del Metauro, i monti di Montalto Tarugo. Pur ampiamente trasformati dall'attività umana, intensamente coltivati e, i primi, estesamente rimboschiti con conifere esotiche, vi si trovano numerose specie vegetali di rilevante interesse.

L'area collinare che separa le due dorsali principali corrisponde alla struttura sinclinalica del Bacino Marchigiano interno ed è costituita da formazioni terrigene cenozoiche della Serie Umbro-Marchigiana (prevalentemente depositi torbiditici arenaceo-pelitici del Messiniano-inferiore-Tortoniano, Schlier, Bisciaro e Scaglia cinerea). Quest'area nel Sud delle Marche si restringe fino a scomparire con la fusione delle due dorsali.