汉代的炼铁技术已经十分成熟，汉代的铁兵器已经在性能上压倒了铜兵器。当时青铜的性能已经发展到了极限，而铁器的潜力却深不可测。
秦统一后，军队的武器装备逐渐由原来的青铜兵器过渡到性能更加好的铁器，但这一过程到汉代才完成。
随着汉代冶铁技术和锻钢工艺的进步，至西汉末期，铁制兵器已逐渐盛行，青铜兵器开始退出战争舞台，冷兵器进入鼎盛时期。
我国是世界上最早发现和使用铁的国家之一。相传商代中期，华北地区有一位兵器制造师，无意中发现了几块十分坚硬的陨铁。他在铸造铜钺时将陨铁熔化，制成了一把铁铜钺。
偶尔得到的陨铁难以满足大量制作兵器的需要，而自然界中所有的铁都是以化合物存在的，必须经过冶炼。因此，古人进行了大胆探索和实践，冶炼技术在汉代取得了突破性进展。
汉代新的冶铁技术使铁兵器的质量和形制及种类也不断发展、完善，其形状逐渐趋于统一和定型。比如，汉代的格斗兵器有铍、戟、矛、刀、剑等，远射兵器有弩和弓等，防护装备有铠甲和盾牌等。汉代铁剑的制作最能代表当时的铁兵器制作水平。
汉代制作铁剑的基本工艺是锻打，汉代的锻打技术一般采用以下几种方法：
一是以块炼铁直接锻制。汉代由人工冶炼获得的铁料是块炼铁，它是在较低的冶炼温度下，由铁矿石固态还原获得的铁块，含有大量脉石渣子，需通过锻打挤出。而在锻打之前，疏松多孔，因此又被称为 海绵铁 。
二是以块炼铁渗碳锻制。这一方法在春秋时期已被采取。西汉时期，制剑主要沿用这种方法。刘胜墓出土的一件长剑和一件短剑，经检测都是以 块炼铁渗碳 后折叠锻打而成，所用原料和渗碳方法与燕下都钢剑相同。
三是以炒钢或熟铁锻制。西汉后期，出现了用生铁炼钢的 炒钢 技术。它是把生铁加热到熔化或基本熔化状态，在熔池中加以搅拌，借助于空气中的氧把生铁所含的碳氧化掉，从而成为钢或熟铁。
前者是有控制地把生铁炒炼到需要的含碳量，也就是钢；后者是不加控制地一炒到底，含碳量极低。用生产效率很高的生铁作为制钢的材料，这是炼钢史上的一次革命。
炒钢产品的成分均匀，夹杂物一般比较细小，分布也比较均匀，质量优于块炼渗碳钢。而且，当时生铁冶炼已达到较高水平，炒钢以丰富的生铁为原料，产量和效率都较高，能够满足社会的广泛需要。于是，熟铁或炒钢便成为制剑的新材料，或以熟铁为原料，经过渗碳叠打钢剑，或以炒钢为原料，反复加热，折叠锻打，最后制作成剑。
四是以铸铁脱碳钢锻制。铸铁脱碳是我国古代独有的一种生铁炼钢的方法，它是将白口生铁铸件在固态就进行脱碳退火，从而获得至高碳钢、中碳钢和低碳钢。
这种方法的特点是通过掌握时间来有控制地脱碳，由于生铁中多余的碳被氧化成气体跑掉了，从而成为全钢组织。而且基本不析出石墨或只析出很少的石墨。

铸铁脱碳钢保留了生铁夹杂物少的优点，组织均匀，质地纯将。目前所知最早的铸铁脱碳钢件是刘胜墓了土的6件铁镞。刘胜去世于公元前113年，可知这种炼钢方法最迟在公元前2世纪末叶已经出现。
汉代的铸铁脱碳钢器物是用两种方法制成的。一种是以生铁铸造成坯，然后脱碳成钢，再予简单加工，如加热弯折，对刃部进行局部渗碳、锻打等。这种方法广泛用于制造生产工具和生活用具，如河南渑池出土了汉魏窖藏铁器中的钢斧等。
另一种方法是将生铁铸造成薄板状，然后脱碳得到成形钢材，将钢材经过反复加热锻打，器物。刀剑等兵器，皆如此制作。
过去在郑州古荥镇、南阳瓦房庄、鲁山望城岗等汉代冶铁遗址中曾出土地大量形铸铁板，就都是已经脱碳的钢材。目前也发现了用铸铁脱碳钢锻造成的刀剑，如北京大葆台西汉墓中出土的一把环首铁刀，河南省巩县铁生沟汉代冶铁遗址中出土的一把铁剑。
以上所述，为汉代铁剑的一般制作技术。两汉时期，一些优质刀剑的制作还采用了几项先进的工艺。
一是局部淬火工艺。钢剑淬火工艺出现于战国时期。经检测，燕下都遗址出土的战国末年钢剑，被验证曾经加热至900度以上进行淬火，这是已知我国古代最早的淬火钢器。西汉时又有发展，产生了只将刀剑刃部进行淬火的新工艺。由于刃部经过淬火，因而具有很高的硬度，极其锋利。而刀剑的脊部因未经淬火，硬度较低，保持了较好的韧性，不易断折。
二是表面渗碳工艺。满城刘胜墓出土的错金书刀，经检测是经块炼铁为原料，经渗碳、叠打制成的低碳钢件。它在锻打成型并经磨制以后，又进行了表面渗碳，从而使刀的表层组织含碳较高，更加坚硬。同墓所出一把钢剑经检测也经过表面渗碳，表层碳含量在0.6%以上，高于心部高碳层0.5%至0.6%的含碳量。
三是百炼钢工艺。1974年山东省苍山出土的东汉钢刀，1978年江苏省徐州铜山出土的东汉钢剑，都是以炒钢为原料，经过反复加热折叠锻打而成。而刀剑上的铭文，据说不是简单的层数概念，而应是代表了一定的工艺质量和标准。可见，刀剑加热叠锻工艺在那时已经发展到了一个新的水平。
除了上述冶铁工艺外，两汉时期，以鉴别剑刀优劣为务的相剑术也流行起来。而随铁剑取代铜剑，相剑术的内容也由早期的相铜剑转而为相铁剑。这也从另一个角度证明了汉代冶炼技术已经提升到了理论层次。正是由于汉代高超的冶铁技术，才使这些铁兵器在世界上堪称一绝，几乎将兵器制造技术上升到了艺术的境界。
知识点滴
《韩非子 说林上》也记载一则与相剑有关的故事：
曾从子是一位善相剑之人，客游卫国。
卫君怨吴王，曾从子就说： 吴王好剑，我是相剑者，请大王让我去为吴王相剑，乘机将他刺死。
卫君却说： 你这样做并非缘于义，而是为了利。吴国富强，卫国贫弱，你如果真去了，恐怕反会为吴王用之于我。 于是卫君就将曾从子逐走了。
这个故事说明，春秋晚期已有相剑术。因为古代铜剑正是在这个时期趋于成熟兴盛，并在实践中得到了广泛应用。