ต่อมาได้มีการสำรวจพื้นที่โดยรอบที่มีเขตติดต่อกันปรากฏว่า บริเวณดังกล่าวมีสภาพป่าที่สมบูรณ์ ประกอบด้วยทรัพยากรธรรมชาติที่สำคัญและมีค่า เช่น ป่าไม้ สัตว์ป่า และทิวทัศน์ที่สวยงาม สภาพภูมิประเทศส่วนใหญ่เป็นภูเขาสูงชันสลับซับซ้อน มีน้ำตกหลายแห่ง เช่น น้ำตกปางสีดา น้ำตกนาโตร น้ำตกผาน้อย และยังเป็นแหล่งต้นน้ำลำธารของแม่น้ำบางประกง ซึ่งเปรียบเสมือนเส้นเลือดใหญ่ที่หล่อเลี้ยงพื้นที่เกษตรกรรมในภาคตะวันออก สมควรดำเนินการให้จัดตั้งเป็นอุทยานแห่งชาติ ตามหนังสือวนอุทยานปางสีดา ที่ กส 07008(ปด)/22 ลงวันที่ 26 พฤษภาคม 2523 เพื่ออนุรักษ์ทรัพยากรธรรมชาติดั้งเดิมไว้ เพื่อประโยชน์ในการท่องเที่ยวพักผ่อนหย่อนใจ และเพื่อการศึกษาค้นคว้าของประชาชนส่วนรวม ทั้งเป็นการสนองมติคณะรัฐมนตรี เมื่อวันที่ 9 มกราคม 2522 ที่ให้พิจารณาจัดตั้งอุทยานแห่งชาติและเขตรักษาพันธุ์สัตว์ป่าให้เป็นการเพียงพอ ต่อมาจึงได้โอนความรับผิดชอบมาให้กองอุทยานแห่งชาติ กรมป่าไม้ เป็นผู้ดำเนินการจัดตั้งให้เป็นอุทยานแห่งชาติ

 กองอุทยานแห่งชาติได้นำรายงานการสำรวจเบื้องต้นและข้อคิดเห็น เสนอคณะกรรมการอุทยานแห่งชาติ ซึ่งมีมติในการประชุม ครั้งที่ 2/2523 เมื่อวันที่ 8 สิงหาคม 2523 เห็นสมควรให้ออกพระราชกฤษฎีกากำหนดบริเวณที่ดินป่าแก่งดินสอ ป่าแก่งใหญ่ ป่าเขาสะโตน และป่าท่ากระบาก ในท้องที่ตำบลแก่งดินสอ อำเภอนาดี ตำบลบ้านแก่ง ตำบลโคกปี่ฆ้อง ตำบลท่าแยก อำเภอสระแก้ว จังหวัดสระแก้ว และตำบลหนองน้ำใส ตำบลช่องกุ่ม อำเภอวัฒนานคร จังหวัดปราจีนบุรี ให้เป็นอุทยานแห่งชาติ โดยประกาศไว้ในราชกิจจานุเบกษา เล่ม 99 ตอนที่ 24 ลงวันที่ 22 กุมภาพันธ์ 2525 นับเป็นอุทยานแห่งชาติลำดับที่ 41 ของประเทศไทย

ลักษณะภูมิประเทศ
สภาพภูมิประเทศส่วนใหญ่ของอุทยานแห่งชาติปางสีดา เป็นเทือกเขาสูงสลับซับซ้อน และเป็นส่วนหนึ่งของเทือกเขาพนมดงรัก ซึ่งทอดยาวมาจากอุทยานแห่งชาติเขาใหญ่ อุทยานแห่งชาติทับลานไปยังอุทยานแห่งชาติตาพระยาจรดประเทศกัมพูชา โดยมีความลาดชันจากทิศเหนือไปยังทิศใต้ สูงจากระดับน้ำทะเลประมาณ 50 - 878 เมตร มียอดเขาใหญ่เป็นยอดเขาที่สูงที่สุด เทือกเขาเหล่านี้เป็นต้นกำเนิดของลำห้วยลำธารหลายสาย เช่น ห้วยชมพู ห้วยสวนน้ำหอม ห้วยสาริกา ห้วยวังมืด และเป็นแหล่งต้นน้ำลำธารของแม่น้ำบางปะกง

ลักษณะภูมิอากาศ
มีสภาพภูมิอากาศเป็นแบบฝนเมืองร้อน อากาศแห้งแล้งและชุ่มชื้นสลับกัน ในฤดูมรสุมจะได้รับอิทธิพลจากลมมรสุมตะวันตกเฉียงใต้ที่พัดผ่าน ทำให้ลักษณะอากาศเป็นแบบชุ่มชื้น และมีฝนตลอดฤดูกาล แต่ในฤดูมรสุมตะวันตกเฉียงเหนือ หรือฤดูหนาวจะมีอากาศแห้งแล้ง ฤดูร้อน เริ่มต้นแต่เดือนกุมภาพันธ์ถึงเดือนเมษายน ฤดูฝน ตั้งแต่เดือนพฤษภาคมถึงเดือนตุลาคม และฤดูหนาว ตั้งแต่เดือนพฤศจิกายนถึงเดือนมกราคม อุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 28 องศาเซลเซียส

พืชพรรณและสัตว์ป่า
อุทยานแห่งชาติปางสีดา ครอบคลุมไปด้วยพื้นที่ป่าประมาณร้อยละ 95 ประกอบไปด้วย
ป่าดิบชื้น พบทั่วไปในเขตอุทยานแห่งชาติ บริเวณพื้นที่ที่สูงจากระดับน้ำทะเล 400-1.000 เมตร ไม้ที่พบอยู่ทั่วไป ได้แก่ ยางกล่อง ยางขน ยางเสี้ยน กระบาก ยางปาย เคี่ยมคะนอง ทะโล้ จำปีป่า พะอง ก่อน้ำ ก่อเดือย ฯลฯ ไม้พุ่มมีหลายชนิด เช่น ส้มกุ้ง ข้าวสารหลวง ชะโอน คานหามเสือ เป็นต้น ส่วนบริเวณฝั่งลำธารจะมีพวก ลำพูป่า กระทุ่ม มหาสะดำ กูดพร้าว ละอองไฟฟ้า พืชอิงอาศัยที่พบโดยทั่วไปได้แก่ กระปอกเล็ก ชายผ้าสีดา กูดอ้อม เอื้องกุหลาบพวง และเอื้องปากเป็ด เป็นต้น

 ป่าดิบแล้ง พบขึ้นในบริเวณพื้นที่ค่อนข้างราบสูง จากระดับน้ำทะเล 100-400 เมตร ไม้ที่พบขึ้นอยู่ทั่วไป ได้แก่ ยางนา ยางแดง สะเดาปัก ตะเคียนทอง มะค่าโมง ตาเสือ หมากนางลิง ลาน ฯลฯ พืชชั้นล่าง เช่น พืชในสกุลขิงข่า กระเจียว และกล้วยป่า เป็นต้น

ป่าดิบเขา พบในบริเวณที่มีอากาศเย็นบนภูเขาที่สูงจากระดับน้ำทะเล 1,000 เมตรขึ้นไป ไม้ที่พบขึ้นอยู่ทั่วไป ได้แก่ พญาไม้ มะขามป้อมดง สนสามพันปี ก่อน้ำ ก่อด่าง กำลังเสือโคร่ง ฯลฯ พืชชั้นล่างเป็นพวกไม้พุ่มชนิดต่างๆ เช่น กาลังกาสาตัวผู้ กล้วยไม้ดิน หญ้าข้าวกล่ำ สามร้อยยอด เป็นต้น

ป่าเบญจพรรณ ชนิดของไม้ที่ขึ้นอยู่ ได้แก่ มะค่าโมง ซ้อ ประดู่ ตะแบกใหญ่ ตีนนก สมอพิเภก กว้าว ฯลฯ พืชชั้นล่าง ได้แก่ ไผ่ป่า และหญ้าต่างๆ และ (5) ป่าเต็งรัง พันธุ์ไม้ที่สำคัญ ได้แก่ เต็ง รัง เหียง พลวง มะขามป้อม รกฟ้า ฯลฯ พืชพื้นล่างเป็นพวกหญ้าเพ็ก และหญ้าคา

ด้วยสภาพป่าอันอุดมสมบูรณ์ของทรัพยากรป่าไม้และลักษณะภูมิประเทศทำให้บริเวณนี้เป็นแหล่งต้นน้ำลำธารหลายสายเหมาะสมที่จะเป็นที่อยู่อาศัยของสัตว์ป่า จึงมีสัตว์ป่าที่มีขนาดใหญ่จนถึงขนาดเล็ก รวมทั้งนกไม่ต่ำกว่า 200 ชนิด อาศัยอยู่กระจัดกระจายทั่วไป สัตว์ป่าที่พบได้แก่ ช้าง กระทิง วัวแดง เสือโคร่ง เก้ง กวางป่า กระจง ชะนีมงกุฎ นากเล็กเล็บสั้น เม่นแผงคอใหญ่ ค้างคาวปีกขน ไก่ฟ้าพญาลอ นกยางเขียว นกพญาปากกว้างอกสีเงิน นกแต้วแล้วธรรมดา นกเด้าดิน ตะกอง กิ้งก่าบิน ตะกวด เขียดตาปาด เขียดทราย อึ่งแม่หนาว เป็นต้น บริเวณลำห้วยลำธารต่างๆ เช่น ห้วยน้ำเย็น ห้วยโสมง ห้วยพลับพลึง พบปลาชนิดต่างๆ ได้แก่ ปลาสร้อยนกเขา ปลาชะโอน ปลาค้อ ปลากดเหลือง ปลาดัก ปลาแค้ขี้หมู ปลาดุก ปลาก้าง และปลากระทิงดำ เป็นต้น