Ниже мы остановимся на разборе материалов только третьего мезолитического слоя, как наиболее насыщенного находками. Он залегает в нижней части лёссовидного суглинка делювиального происхождения, с заметной слоистостью, которая увеличивается книзу. Глубина залегания от современной поверхности 2,5–2,75 м. И.Ф. Левицкий выделяет в нем пять горизонтов — а, б, в, г, д. Наиболее полно исследован слой Зв. Остальные горизонты этого слоя представлены небольшим количеством материала.

В слое Зв зафиксированы остатки пяти наземных жилищ подокруглой формы, расположенных по кругу, диаметром 20–22 м, на расстоянии 5–7 м друг от друга. Площади жилищ от 12–14 до 30 кв. м. Они имели столбовую конструкцию. Их стены, очевидно, были сплетены из лозы и обмазаны глиной. В центре этих сооружений расчищены остатки открытых очагов. Следы таких же очагов отмечены и за пределами жилищ. Всего в слое Зв собрано около 8000 кремневых изделий. По их размещению И.Ф. Левицкому удалось проследить место обработки кремня, где в одном случае найдена гранито-гнейсовая наковальня.

По подсчетам И.Ф. Левицкого, в горизонте 3в обнаружено 158 орудий труда, а также нуклеусы, пластины, отщепы, заготовки, обломки конкреций и т. д. (Колосов, 1964) (табл. 74). Нуклеусы подконической формы, обычно прямоплощадочные, с односторонним скалыванием. Пластины относительно крупные, шириной чаще всего более 1,5 см. Техника скалывания их имеет палеолитические традиции — края неровные, спинка многофасеточная.

Обнаружено 67 скребков. Среди них преобладают концевые на пластинах, обычно укороченных, пластинчатых или аморфных отщепах, есть двойные скребки. Других типов этих изделий — округлых, подокруглых — выявлено всего по нескольку экземпляров. Резцов 23. Среди них, по определению И.Ф. Левицкого, есть нуклевидные (6 экз.), угловые и срединные.

Особенного внимания заслуживают обнаруженные в горизонте 3в четыре трапециевидных микролита. Изготовлены они из пластин больших и средних размеров, часто с остатками корки желвака. Ретушь крутая, краевая. В трех случаях следы такой ретуши имеются и на узком основании трапеции. Ближайшую аналогию этим изделиям Осокоровки представляют трапеции из Рогалика 2, ранних слоев Шан-Кобы в Крыму, верхних слоев Молодовы и других раннемезолитических стоянок Украины. Все это позволяет относить стоянки типа Осокоровки-Рогалика к раннемезолитическому времени. Существует, однако, и другое мнение (В.Н. Станко) о том, что эти стоянки следует датировать еще позднепалеолитическим временем.