Este artículo presenta los datos procedentes de un nuevo corte arqueológico –denominado C005– realizado en Cueva de la Dehesilla, situada en las estribaciones occidentales de la Cordillera Bética. El corte se ubica en la Sala 4 –una de las más profundas de la cueva-, al igual que el recientemente publicado corte C006, pero aporta una visión diferente sobre la secuencia, con características propias. En este trabajo, se da a conocer su secuencia estratigráfica, sus materiales cerámicos y líticos, así como las dataciones efectuadas por C14 y U/Th. Por vez primera, se documentan niveles sedimentológicos y coladas pleistocenas, y se suman nuevos datos sobre los periodos Neolítico antiguo y final. Ambos cortes, en conjunto, permiten conocer con precisión la dinámica sedimentológica y los usos antrópicos de esta sala interior. Los nuevos datos presentados se ponen en relación con información procedente de los cortes previamente realizados en la cueva, tanto de las excavaciones antiguas, realizadas a caballo entre las décadas de los 70 y 80 del pasado siglo, como de las intervenciones recientes, las cuales empezaron en 2016 y prosiguen aún en la actualidad. Los conjuntos empíricos de las diversas áreas estudiadas presentan secuencias estratigráficas y patrones materiales relativamente coherentes entre sí, pero también muestran algunas diferencias claves para la comprensión de la diversidad funcional de los distintos contextos de la cavidad. En la discusión, se realiza un análisis conjunto que permite un meritorio avance tanto en el conocimiento sobre la ocupación prehistórica de la cueva como en el conocimiento general del poblamiento regional de las poblaciones del Neolítico antiguo y Neolítico final del sur de la península ibérica.