秦汉时期，冶铁业有一个很大的发展。汉武帝实行盐铁官营，在全国设立49处铁官，促进了铸铁技术的推广和进步。汉代已有炉膛容积达40～50立方米的炼铁炉，使用人力、畜力和水力鼓风。南阳瓦房庄冶铁遗址有专设的铸铁工区和高约 2米的化铁炉。铁范的应用在汉代更为普遍，除直接用来铸造各种生产工具和构件外，后来还用以铸造成形铁板，再通过脱碳热处理得到钢质板材，用以锻打成形器件。

铸铁热处理技术在此期间有明显的进步。由于铸铁都用木炭熔炼，碳含量大都在共晶点附近，而其他元素含量较低，属于较纯的铁碳合金。不少器件用铁范铸造，壁厚一般在3～5毫米，属于薄壁铸件。在实践中，已采用了较为合理的热处理规范，因而所得韧性铸铁件质量较好。白心韧性铸铁件多数处理完全，很少残留渗碳体和析出石墨。黑心韧性铸铁件多数以铁素体和珠光体为基体，一部分以铁素体或珠光体为基体，石墨形状与现代同类材质相近。特别是西汉后期已出现具有球状石墨的高强度铸铁，如巩县铁生沟出土的铁,在铁素体-珠光体基体上均匀分布着典型的圆度较好的球状石墨，偏光下呈放射性状蚀、石墨高温分解、扫描电镜等多种手段检测，证实与现代球墨铸铁中的石墨球相似，被认为是铸后经退火形成的。这些工艺在南北朝时期仍被使用，对封建社会前期生产力的发展起了重要作用。同时，生铁冶铸作为中国古代冶铁业的技术基础，对钢铁冶炼的发展有深远的影响。

铸铁在封建社会后期仍广泛用作农具(如犁和犁镜)、煮盐用的牢盆、铁炮和艺术铸件等。公元10世纪已能铸造重达50吨的特大型铁铸件（如河北沧州铁狮子）。五代以后，铁建筑物增加，如有湖北当阳的北宋铁塔。唐宋时期南方冶铁生产发展迅速，湖北、湖南、广东、福建等地的铁都以质地良好著称。广东佛山成为著名的冶铸中心，所产铁锅远销东南亚。泥型铸造、铸锅等传统铸铁工艺于近代仍被使用，在生产中起了一定作用。