第一阶段：前寒武纪变质基底与韧性剪切带形成（中元古代，约 14 亿年前）。 桐柏山地区形成龟山岩组，原岩为中基性火山岩-碎屑岩建造，经历了绿片岩相-角闪岩相变质作用，形成二云石英片岩、斜长角闪片岩等变质岩系。区域构造运动使龟山岩组发生强烈韧性剪切，形成北西西向右形斜列的龟山-梅山大型韧性剪切带，为后期成矿准备了构造薄弱带和赋矿空间。第二阶段：古生代-中生代碰撞造山与主成矿（加里东期至印支期，约 4.3～2.0 亿年前）。 古特提斯洋向北俯冲，随后华北板块与华南板块全面碰撞，桐柏-大别造山带形成。在碰撞造山过程中，龟山岩组变质岩系发生变质脱水，产生中温、低盐度、富 CO₂的 H₂O-CO₂-NaCl±CH₄成矿流体，流体从龟山岩组中萃取了金等成矿物质，并有部分幔源物质参与。含矿流体沿龟山-梅山韧性剪切带上升运移，在叠加的脆性右行走滑断裂体系（I～III 号断裂等）中，由于构造减压发生流体不混溶（沸腾），CO₂大量逸失，金硫络合物分解，金以自然金（明金）的形式大量沉淀。在压扭性 P 型断裂（老湾金矿床）中形成浸染状、网脉状蚀变岩型矿化，在张扭性 R 型断裂（上上河金矿床）中形成石英脉型和块状矿化。成矿经历了石英-粗粒自形黄铁矿、石英-中细粒黄铁矿、石英-多金属硫化物（主成矿期）、石英-碳酸盐四个阶段，浅部形成硫化物组合，深部（-350 米以下）出现碲化物组合。第三阶段：燕山期岩浆叠加与成矿后改造（约 1.4 亿年前至今）。 燕山期松扒花岗斑岩（138.9±3.3 百万年）、老湾花岗岩体（132.5 百万年）、梁湾岩体等沿深大断裂侵位，对早期造山型金矿体有一定的热液叠加和改造作用，部分学者认为燕山期岩浆作用直接参与了成矿。晚阶段石英-碳酸盐脉穿插胶结早期矿石，有大量大气降水加入。新生代以来区域持续隆升剥蚀，使深部形成的蚀变岩型金矿体逐渐出露地表。深部预测成矿深度可达 3000 米，ZK2052 钻孔在垂深 1534.64 米处揭露到金矿体，显示出巨大的深部找矿潜力。
