Заказник создан в целях сохранения ландшафта части долины реки Битюг, представляющего собой живописный и имеющий большую природную ценность участок долины, где сохраняется богатый комплекс водных, степных, луговых и лесных видов растений и животных. Здесь встречается значительное число редких и исчезающих видов, в т .ч. занесенных в Красные книги РФ и Липецкой области.

Ландшафтный заказник «Долина реки Битюг» имеет важное ландшафтное, ботаническое и зоологическое значение.

Рельеф

Рельеф охраняемой территории разнообразен и представлен сочетаниями урочищ пойменного, склонового и надпойменно-террасового типов местности. Основной тип - пойменный, занимающий до 70% всей площади заказника.

Пойма Битюга шириной до 1 км возвышается над руслом реки на 1,5-2,5 м и имеет многочисленные линейные и котловинные понижения, занятые старичными озерами, болотами и заболоченными лугами. В основном же пойма луговая, в центральной части вдоль русла реки имеется относительно крупный лесной массив.

Пойма дренируется руслом Битюга, врезанным в слабо выраженных на местности ручьев. По своим природным особенностям пойма Битюга на ООПТ может служить эталонным участком пойм Окско-Донской низменности.

Правобережные склоны долины в пределах охраняемой территории высокие, по большей части крутые, сложенные рыхлыми четвертичными отложениями (глины, пески); их прорезают несколько боковых оврагов. Примыкающие к ним с севера присклоновые плато распаханы. Левобережные склоны (террасы) пологие, заняты сельхозугодьями.

Почвы

Почвенный покров заказника «Долина реки Битюг» представлен в своей основе пойменными луговыми слоистыми и слоисто-зернистыми, реже зернистыми почвами. В депрессиях формируются пойменно-луговые слоисто-зернистые почвы. Понижения заняты почвами болотного ряда, чаще всего иловато-болотными.

В притеррасной правобережной зоне у села Талицкий Чамлык и выше находятся аллювиальные влажно-луговые иловато-болотные почвы, а в более глубоких понижениях - торфяники. Из-за снижения высоты паводков большая часть поймы на ООПТ в последнее время не затапливается, при этом идет формирование пойменных луговых остепняющихся почв. Почвенный покров правобережных коренных склонов долины Битюга представлен выщелоченными слабосмытыми черноземами.

Гидрология

Гидрологическая сеть  заказника представлена руслом реки Битюг, впадающими в него ручьями, пойменными озерами и искусственным водоемом, возникшем на месте добычи грунта.

Река представляет собой чередование озеровидных глубоких плесов, соединенных узкими протоками с быстрым течением. Ширина русла на плесах 10-25 м, глубина до 3-5 м, на протоках ширина до 2-5 м, глубина до 1,5 м. Дно песчано-глинистое, берега возвышенные, на крутых изгибах русла активно размываемые. Вода в реке имеет высокую прозрачность (видимость в межень до 2,5 м).

Ручьи, по которым происходит сток воды с притеррасных понижений, имеют слабо выраженное русло и к середине лета почти полностью пересыхают.

В пойме ранее имелось до десятка озер, приуроченных-к притеррасным понижениям; их размеры были невелики (длина до 300-400 м, ширина - 10-20 м, максимально до 50 м), глубины - до 2 м. Из-за низких паводков, характерных для последних десятилетий, к настоящему времени они обмелели, почти полностью заросли жесткой надводной растительностью и превратились в болота.

Искусственный водоем, расположенный в центре ландшафтного заказника «Долина реки Битюг», у дамбы автомобильной дороги, возник на месте котлована, образованного при добыче земснарядом песка при строительстве высоководного моста. Он имеет размеры 250 х 200 м, глубины до 12 м, его берега обрывисты, мелководья отсутствуют.

Флора и фауна

Часть поймы Битюга занята пойменным ивово-дубовым лесом, остальная - разнотравно-злаковыми, различной степени увлажненности лугами, иногда травянистыми и тростниковыми болотами. Вдоль русла реки вытянут узкий пояс прибрежной растительности (осоки, тростник, кустарниковые и древовидные ивы).

Лесная растительность представлена средневозрастной порослевой дубравой со значительным участием осины и ивы ломкой. Во втором ярусе - клен татарский и клен широколистный. Подлесок состоит из кустарников (черемуха, калина, смородина черная и др.).

Луга занимают обширные площади, они разнообразны по флористическому и фитоценотическому составу, прекрасно сохранились и являются эталонными. На центральной пойме встречаются мятликовые. лисохвостовые, луговоосяничные, тимофеечные и другие сообщества. В их травостое встречаются щучка, трясунка, на возвышенных песчаных гривах обычен типчак.

В наиболее увлажненной и низменной притеррасной пойме, где застаиваются паводковые воды и близко лежит уровень грунтовых вод, формируются преимущественно различные осоковые, манниковые, болотно-мятликовые ассоциации. На сухих супесчаных, мало или не всегда заливаемых участках поймы обычны полевичная, типчаковая, узколистно-мятликовая и другие комбинации. В их составе произрастают костер степной, тонконог, клевер горный, люцерна серповидная, подмаренник желтый, таволга шестилепестная, тысячелистник обыкновенный и другие травы, формирующие остепненные луга.

Значительная часть поймы заболочена. Все болота относятся к низинному (эвтотрофному) типу. Для них наиболее типичны камышовая, осоковая, разнотравная растительные формации. Значительное место на низинных болотах принадлежит тростнику и камышу, которые образуют почти чистые высокие и густые заросли.

Характерны различные виды хвощей и рогозов. Разнотравье состоит из таких видов, как окопник лекарственный, подмаренник болотный, виды лютика и др.

Сохраняется богатый комплекс водных, водно-болотных, луговых и лесных видов растений и животных, характерных для пойм рек Окско-Донской равнины. Видовое разнообразие макромицетов оценивается в 350 видов, сосудистых растений - 400 видов, рыб - 20 видов, амфибий - 6 видов, рептилий - 2, птиц - 100, млекопитающих - 25.

Редкие виды

На территории ландшафтного заказника «Долина реки Битюг» отмечено обитание значительного числа редких видов. Из грибов к ним относится лангерманния гигантская Calvatia gigantea.

Среди растений - карагана кустарниковая Caragana frutex, касатик безлистный Iris aphylla, морковник обыкновенный Silaum silaus, крестовник приречный Senecio fluviatilis, рябчик шахматный Frutillaria meleagris, тюльпан Бибирштейна Tulipa biebersteiniana, кувшинка белоснежная Nymphaea candida, алтей лекарственный Althaea offcinalis, цмин песчаный Helichrysum arenarium и другие.

Из беспозвоночных выявлены лесные муравьи р. Formica, дозорщик-император Апах imperator, суворовка Melanargia russiae и другие.

Из позвоночных животных - выхухоль Desmana moschata, белый аист Ciconia ciconia, большая белая цапля Egretta alba, большая выпь Botaurus stellaris, лебедь-шипун Cygnus olor, скопа Pandion haliaetus, орел-карлик Hieraaetus pennatus, обыкновенный осоед Pernis apivorus, поручейник Tringa stagnatilis, большой веретенник Limoza limoza, белощекая крачка Chlidonias hybrida, малая чайка Larus minutus, обыкновенный зимородок Alcedo atthis, обыкновенный удод Upupa epops, усатая синица Panurus biarmicus, каменка-плясунья Oenanthe isabellina и другие.

ООПТ включена в каталог территорий особого природоохранного значения Европейской России.