L’essor démographique se poursuit et s’amplifie pendant les dernières phases du Néolithique qui, entre 3500 et 2400 avant notre ère, voient l’évolution vers le début des âges des métaux : le cuivre, le bronze puis, bien plus récemment, le fer.

- Ensembles de céramiques du Collet Redon - Martigues
Pendant la période du Néolithique final, l’évolution technologique touche plusieurs domaines de production avec, pour l’industrie lithique en silex, le débitage de grandes lames ou l’apparition de la première métallurgie. Avec ces nouveaux produits, la circulation des biens de prestige prend encore plus d’importance, mais la nature de ceux-ci évolue. Ainsi, les grandes lames en silex de la vallée du Largue, dans les Alpes-de-Haute-Provence, sont diffusées sur de longues distances ; on les retrouve jusque dans le Jura, le plateau Suisse et la haute vallée du Rhône. Certains objets de parure en calcaire ou en coquillage suivent le même chemin. À la fin de la période, des céramiques aux formes et aux décors particuliers, les vases campaniformes, vont se retrouver dans quasiment toutes les régions d’Europe et évidemment dans toute la Provence.
Les vestiges du Néolithique final sont actuellement absents sur le site de la ville d’Aix-en-Provence ; en revanche, à sa périphérie et dans le pays d’Aix, ils sont relativement nombreux.
Ces sites, dont le nombre et les superficies s’accroissent par rapport aux périodes antérieures, rendent compte d’un peuplement de plus en plus dense et nombreux. Tous les espaces sont occupés et l’on connaît alors différents types, complémentaires, d’établissements : de vastes villages aux maisons de pierres et de terre, tel celui des Fabbry à Bonnieux dans la plaine du Calavon, des hameaux plus petits regroupant quelques unités d’habitation tels La Couronne-Collet Redon et Ponteau-Gare dans la région de Martigues ou la Brémonde, à Buoux, des fermes isolées dans des espaces secondaires. Ces habitats sont installés aussi bien en plaine que sur les plateaux, et sont parfois perchés. Plusieurs comportent des murs d’enceinte dont la vocation est autant de limiter l’espace intérieur que de le protéger : Miouvin à Istres, les Lauzières à Lourmarin.

- Vue aérienne de la Citadelle - Vauvenargues
C’est à cette époque, qu’à l’est d’Aix-en-Provence, dans la vallée de Saint-Marc-Jaumegarde et de Vauvenargues, plusieurs petits sites témoignent de l’occupation d’espaces secondaires, en marge des vastes plaines et grandes vallées. À l’extrémité orientale de cet ensemble et du pays d’Aix, la grotte sépulcrale et l’habitat perché de la Citadelle ont fait l’objet de fouilles complètes il y a quelques années. Les différents vestiges, en particulier ceux du petit habitat, sont à l’évidence liés à des occupations temporaires saisonnières exploitant les massifs de collines et les petits bassins autour de la Sainte-Victoire. À l’inverse, l’habitat perché de la Bastide Blanche, à Peyrolles, indique un mode d’occupation différent, lié à l’exploitation et au contrôle de la grande vallée de la Durance.
C’est probablement à cette même période qu’il convient de rattacher plusieurs découvertes anciennes d’objets en silex taillé et de haches polies, mal localisées autour de la ville d’Aix-en-Provence, mais trahissant la présence de gisements probablement détruits ou restant à explorer : le Puy du Roy, les oppidums des Figons - Les Mourgues et d’Entremont.
À environ 2,6 km au sud du centre-ville, sur le site de Guiramande/Campou et la rive gauche de l’Arc, une découverte témoigne d’une pratique particulière avec l’ensevelissement de plusieurs porcs dans une fosse, probablement morts d’une épidémie.
À l’ouest de la ville et à sa limite, l’Abri des Fours a livré des fragments de différents vases campaniformes, écuelles, gobelets, bols, dont les décors se rattachent au style provençal de ce complexe. Ils sont accompagnés de plusieurs poteries dépourvues de décors, également caractéristiques de ces productions.
À quelques kilomètres de l’Abri des Fours, sur la bordure orientale du plateau du Grand Arbois, le petit habitat perché du Clos Marie-Louise, a fourni un ensemble de céramiques typiques de la transition entre le Néolithique et l’âge du Bronze. Il s’agit principalement de gobelets décorés de motifs barbelés ou incisés-croisillonnés, caractéristiques du Campaniforme récent et du style Bronze ancien qui marquent le passage du IIIe au IIe millénaire avant notre ère.
Le fait majeur de la fin du Néolithique est l’apparition des sépultures collectives dans lesquelles peuvent être regroupées plusieurs dizaines d’individus inhumés successivement, et qui constituent de véritables ossuaires. Elles sont parfois abritées dans des grottes, mais, le plus souvent, ces sépultures sont déposées dans des monuments mégalithiques, tels les dolmens et hypogées de Fontvieille qui comptent parmi les plus grands monuments de la Préhistoire d’Europe méditerranéenne. Dans ces sépultures, ont été identifiés plusieurs signes de mort violente ; il semble bien que les nombreuses pointes de flèches en silex alors fabriquées ne servaient plus seulement à chasser.
Plusieurs de ces monuments sépulcraux, inégalement conservés, sont connus dans le pays d’Aix :
- le monument de la Plaine à Meyrargues, presque totalement détruit en 1961, lors de la construction d’un château d’eau,
- le monument de la Blaque, aujourd’hui disparu, découvert entre Aix-en-Provence et les Milles à la fin du XIXe siècle, à l’occasion des travaux de creusement du canal du Verdon. Le monument était sur le versant nord d’une colline dont le sommet est constitué de molasse miocène. La sépulture, en pied de pente et recouverte de dépôts colluviaux, était constituée d’un « carré long, tourné de l’Ouest à l’Est » limité par des pierres de 10 à 20 kg. La chambre était entièrement édifiée en pierre sèche. Elle renfermait les restes d’au moins dix individus avec des crânes alignés contre les parois, ainsi qu’un mobilier composé de lames retouchées, d’armatures de flèches, d’éléments de parure et de débris de poterie. Il s’agissait sans aucun doute d’une sépulture collective à chambre allongée du Néolithique final (vers 3 000 ans av. J.-C).

- Dolmen des Cudières - Jouques
D’autres dolmens de ce type, bien mieux conservés, existent autour d’Aix-en-Provence :
- le dolmen de Maurely à Saint-Antonin-sur-Bayon, sur le plateau du Cengle
- le dolmen de Château Blanc à Ventabren
- le dolmen des Arnajons au Puy-Sainte-Réparade, mis au jour en 2007, bien que partiellement détruite, son architecture présente une chambre, avec des murs en pierre sèche, orientée est-ouest. Plusieurs lames en silex du bassin de Forcalquier-vallée du Largue et du plateau de Sault, et deux perles en roche verte du Néolithique final ont été révélées. Une datation radiocarbone les situe entre 2875 et 2588 avant J.-C.
- les deux dolmens des Cudières à Jouques, découverts en 1986, l’un deux renfermait les restes très fragmentés d’une centaine d’individus. La nature du mobilier et sa répartition ont permis d’identifier trois périodes d’utilisation depuis le début du Néolithique final jusqu’à la fin de la période et au début de l’âge du Bronze. Les datations radiocarbones, placées entre 3300-2685 av. J.-C. et 2444-2004 av. J.-C., confirment cette longue période d’utilisation.
Ces monuments à chambre allongée et à couloir court du pays d’Aix s’intègrent à l’architecture des dolmens de Provence occidentale, qui s’oppose à celle des dolmens à chambre carrée de Provence orientale. Ces édifices à chambre allongée se divisent en trois ensembles : les groupes des Alpilles, du bassin d’Aix et des Maures. Sur les sept tombes reconnues autour d’Aix, les modes de construction des murs latéraux, sont soit entièrement en pierre sèche, ce qui fait référence au groupe des Alpilles, soit composés d’une alternance de dalles dressées et de murets de pierre sèche, évoquant le groupe des Maures et certains dolmens à chambre carrée. La région d’Aix-en-Provence est donc une zone géographique où se perçoivent des influences venant de l’ouest, des monuments de Fontvieille et dolmens des Alpilles, et des caractères qui se retrouvent plus à l’est dans le dolmen de Gauttobry à La Londe-les-Maures par exemple.
Ainsi, à la faveur des fouilles préventives, les connaissances relatives au Néolithique du pays d’Aix ont largement progressé, tant dans les zones rurales qu’urbaines. Les données actuellement disponibles montrent qu’à l’image de l’entière Provence, la région était densément peuplée depuis le début du Néolithique et l’on peut y suivre toutes les évolutions dès le VIe millénaire.
On peut aussi constater que le site même de la ville d’Aix-en-Provence a été occupé au moins à partir du IVe millénaire et probablement avant . Installés en haut d’un coteau descendant doucement vers l’Arc, et à proximité de sources, les hommes du Néolithique avaient assurément choisi un espace attractif à plus d’un titre, ce qui ne s’est pas démenti depuis 6000 ans.