Le site d'une surface de 87 hectares se situe sur la commune de Vals-des-Tilles à l'extrême sud du département de la Haute-Marne et se compose d'une forêt thermophile à chênes et de pelouses sèches. L'intérêt majeur en terme d'habitats est la présence de 2 habitats de pelouses très sèches de l'alliance du Xerobromion. Ce site se trouve en limite d'aire septentrionale pour ces groupements végétaux et les pelouses de Villemoron en représentent l'unique station en Champagne-Ardenne.
Sur les pelouses communales, 15 espèces floristiques patrimoniales ont été observées. Certaines espèces ne sont connues que sur ce site en Champagne-Ardenne : la renoncule à feuilles de graminées, la trinie glauque et la koelerie du Valais. Ces stations représentent la limite septentrionale pour ces espèces.
La faune recèle également des raretés, entomologiques surtout (lépidoptères et orthoptères), dont le damier de la Succise ou le criquet rouge-queue.
Le versant exposé au sud du bois de Châteaulion accueille des chênaies pubescentes très rares en région et un site archéologique. Ceci vient compléter l'étendue des milieux exceptionnels qu'il convient de préserver et de mettre en valeur pour l'avenir.
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- Surface officielle de la réserve
Les milieux
Il y a 5 milieux mentionnés dans le périmètre de la réserve naturelle des Pelouses et bois de Villemoron.
- Forêts de feuillus (50,71 ha)
- Forêts mélangées (8,54 ha)
- Pelouses et pâturages naturels (19,93 ha)
- Prairies et autres surfaces toujours en herbe à usage agricole (4,62 ha)
- Terres arables hors périmètres d'irrigation (4,95 ha)
