Nel Neolitico (5000 a.C.) il gruppo umano stanziatosi presso le ultime propaggini sud-occidentali del monte Castello e presso l'area di via Valli comincia a dedicarsi all'agricoltura (cereali e leguminose) nella pianura circostante il sito e all'allevamento di buoi, caprovini e suini. Le attività di caccia, pesca e raccolta, proprie delle epoche precedenti, continuano ad essere svolte, ma con minore intensità. Le testimonianze conservate non consentono di proporre un'idea dello spazio domestico né tantomeno dell'organizzazione dell'insediamento: si tratta infatti di limitate e discontinue tracce di canalette, fosse, buche di palo.
Sono invece ben attestate da numerosi reperti la produzione di vasellame ceramico e di strumenti litici, quasi esclusivamente in selce di scaglia rossa dei Colli Euganei. Nonostante la presenza di pochi elementi litici e ceramici, databili al Neolitico antico,
l'abitato di via Valli va culturalmente riferito al Neolitico recente, nella seconda metà del V millennio a.C.
Durante l'età del Rame (Eneolitico) il territorio di Monselice continua ad essere popolato, ma la conoscenza di questo periodo è ancora molto frammentaria. Si registrano tracce di insediamento su dosso in area fluvio-palustre (Monselice-località Vetta) e su sponde lacustri (Arquà-Laghetto della Costa).