断層は，真昼川層群等の中新統からなる真昼山地の西麓と横手盆地平野との境界に沿っているが，田沢湖町刺巻堂田の玉川左岸から角館町白岩広久内前田の玉川左岸までの間は，地震断層が現れなかったとされている。この間は，玉川が真昼山地北西部を刻み込んで形成した抱き返り渓谷部にあたっている。

白岩広久内前田以南から六郷町六郷東根までの地震断層は，一部雁行するもののほぼ連続している（松田他；１９８０）。このうち，太田町川口付近から千畑村千屋付近には，真昼山地から善知鳥坂川の谷などで区分された千屋丘陵が広がっており，断層はこの千屋丘陵と盆地平野との境界に位置している。千屋丘陵には，真昼山地から供給された礫を主体とする海成の鮮新統である千屋断層が分布している。

千屋層と山地に分布する中新統の関係について，（松田他；１９８０は）図４−１であらわしている。

図４−１　地表に現れた千屋断層と地質模式断面図

　　　（松田他；１９８０より抜粋）

すなわち，かつては川口断層（図中�B）が活動し山地と盆地の境界を成していたが，断層位置が前方（西方）に移った（千屋断層（図中�C）が活動するようになった）。このため，盆地内に堆積した千屋層（図中のＰｌｉｏｃｅｎｅ）が隆起して千屋丘陵（図中ではＴｅｎｇｕｙａｍａ Ｈｉｌｌ）を作った。また，千屋層は堆積物が東方の山地から供給されているので本来緩く西に傾斜して堆積したはずであるが，現在は千屋断層の活動によって東に傾斜したとされている。

千屋丘陵の上層には，かつて東側の山地からの供給物による扇状地性堆積物が広く分布し，中位段丘（Ｔ１・Ｔ２）を形成している。この地形面は東に緩く傾斜しており，断層活動に伴って傾動したことを示している。

千屋断層南端の六郷東根は，千屋断層と川口断層が合流する千屋丘陵南端にあたっている。