我国古代标以炼数的钢铁加工工艺约始见于东汉早、中期，最初有“卅湅”、“五十湅”等。1978年，徐州市铜山县收集到一枚五十湅钢剑。全长109厘米，剑把正面有21字错金铭文：“建初二年蜀郡西工官王愔造五十湅□□□孙剑口。”“徐州市博物馆：《徐州发现东汉建初二年五十湅钢剑》，《文物》1979年第7期。建初”（76-84年）系东汉章帝年号，“湅”同“炼”。1974年山东苍山县收集到一枚三十炼钢刀，全长111.5厘米，刀背上有18字错金铭文：“永初六年五月丙午造卅湅大刀吉羊宜子孙。”“刘心健等：《山东苍山发现东汉永初纪年铁刀》，《文物》1974年第12期。永初”（107-113年）系东汉安帝年号。此外，《贞松堂集古遗文》卷十五录有三把三十湅金马书刀，皆东汉和帝永元（89-105年）年间广汉郡工官主制。其中一件的铭文为：“永元十六年广汉郡工官卅湅□□□□□□□□□史成长荆守丞熹主。”这“卅湅”和“五十湅”实是“百炼”的早期形式。

从现有资料看，“百炼钢”说约出现于东汉晚期，至魏晋南北朝，这工艺便达到了比较繁盛的阶段。1961年，日本奈良县栎本东大寺山古墓出土百炼钢刀一枚，全长103厘米，背部有24字错金铭文：“中平□五月丙午造作支刀百练清刚上应星宿辟不。”中平（184-189年）系东汉灵帝年号。梅原末治：《奈良县栎本乐大寺山古坟出土の汉中平纪年の铁刀（口绘载说）》，《考古学杂志》48卷2号。这是今知最早的百炼钢实物。此时有关记载也多了起来。《艺文类聚》卷五十九引陈琳《武军赋》说：“铠则东胡阙巩，百炼精钢。”阙巩是甲名。《太平御览》卷三四五引曹操《内诫令》说，曹操曾作“百炼利器，以辟不祥”。晋崔豹《古今注？舆服第一》云：“吴大帝有宝刀三，……一曰百炼，二曰青犊，三曰漏景”。《太平御览》卷三四六引陶弘景《刀剑录》云：“蜀主刘备令蒲元造刀五千口，皆连环，及刃口刻七十二湅。”可见魏、蜀、吴三国都制作过“百炼”或标以其他炼数的名刀利剑。《晋书》卷一三〇说，夏（407-431年）赫连勃勃称王时，亦曾“造百炼钢刀，为龙雀大环”。《太平御览》卷六六五引陶弘景说：南朝有一种“横法刚”，也是“百炼”而成的。文人学士们也常以“百炼钢”作喻，其中最为脍炙人口的是刘琨《重赠卢谌诗》：“何意百炼钢，化为绕指柔。”

唐宋之后，因灌钢工艺的发展等原因，百炼钢有所减少，但这工艺形式却一直沿用下来。《册府元龟》卷一六九“帝王部”说五代有一种“九炼纯钢”，沈括《梦溪笔谈》说北宋磁州有百炼钢，宋周去非《岭外代答》卷六“蛮刀”条说到一种“卅湅”钢，明宋应星《天工开物》卷十“锤锻？斤斧”条、清黄冕《飞炸弹炮说》都谈到过“百炼”钢。百炼钢工艺还传到朝鲜和日本。日本奈良县石上神宫有传世七支刀，刀形如树枝状，单支均作剑形，是百济王为倭王制作的一种武器，剑身有镂金铭文33字：“泰四年五月十六日丙午，正阳造百练铁七支刀，世辟百兵，宜供侯王□□□□作。”“泰和”（366-371年）为东晋废帝年号。熊本县船山古墓出土一把大钢刀，背上有嵌银铭文和马形图案，称“八十湅”，可能是公元五世纪之物。《世界考古学大系》第三册“日本”。百炼钢工艺对日本刀曾产生许多重要的影响。

沈括《梦溪笔谈》卷三云：“予出使至磁州，锻坊观炼铁，方识真钢。凡铁之有钢者，如面中有筋，濯尽柔面，则面筋乃见，炼钢亦然。但取精铁锻之百余火，每锻称之，一锻一轻，至累锻而斤两不减，则纯钢也，虽百炼，不耗矣。此乃铁之精纯者，其色清明，磨莹之，则黯然青且黑，与常铁迥异。亦有炼之至尽而全无钢者，皆系地之所产。”此“精铁”指百炼钢原料，应是含碳量稍高，所含夹杂不十分多的铁碳合金。“一锻一轻”，应是不断去除夹杂，氧化铁皮不断产生并脱落之故。“累锻而斤两不减”应是相对而言的。“炼之至尽而全无钢”可能是含硫较多、产生热脆的缘故。这是我国古代文献中对百炼钢工艺和原理记述得最为详细的一段文字。可见“百炼”即是百锻，其中心环节是反复锻打，“百炼钢”就是去除夹杂后的一种“纯钢”。从现代技术原理看，反复锻打除了排除夹杂外，还可均匀成分、致密组织，有时亦可细化晶粒，从而极大地提高材料质量。许慎《说文解字》云：“锻，小冶也。”这是很有道理的。有学者认为“百炼”的中心环节是渗碳，百炼钢是一种渗碳钢；又有学者认为“百炼”的中心环节是脱碳，百炼钢是一种生铁脱碳炼钢，这都是一种误解。我们以为百炼过程中，金属含碳量虽可能有些变化，但此非百炼的目的。

关于“百炼”的具体操作，从多方面的资料来看，至少应包括三种类型：
（1）多层积叠锻合法，即把许多块料积叠并锻合在一起。这些原料的成分可以相同，也可以不同；积叠锻合后也可再次折叠。这有三方面资料可为佐证。
一是文献记载。据曹植《宝刀赋》云，建安中，曹操作宝刀五枚，曹操在《内诫令》中称此刀为“百炼利器”，在《百辟刀令》中又谓之“百辟刀”。“辟”者，襞也，多层积叠、反复折叠也。说明此“百辟”是“百炼”的一种具体方式。
二是实物资料。科学分析表明，永初六年“卅湅刀”和建初二年“五十湅”长剑金相组织都明显分层，前者在刃部取样含碳量约0.6-0.7%，夹杂物细薄分散，变形量较大，分布均匀，大体为30层左右。后者刃部组织分为三部分，中心部分约可分为15层，含碳量0.7-0.8%，组织均匀；两个边部对称，各有20层左右，含碳量不甚均匀，高碳部分为0.6-0.7%，低碳部分为0.3-0.4%，总计为50余层。柯俊等：《中国古代的百炼钢》，《自然科学史研究》1984年第4期。可见在早期百炼钢工艺中，炼数与组织层数之间存在一定关系。当然，未必所有百炼钢皆是如此，“百”当言多，而非严格的数字指数。
三是日本刀工艺。据研究，日本刀的皮部、心部往往都由多层积叠的材料锻合而成。皮部常用含碳量1.3%左右的“玉钢”制作，先把玉钢锻成许多小块，后将其积叠锻合，再横向、纵向折叠，据说要反复折叠23次。心部常用含碳量稍低的“庖丁铁”与“玉钢”混合锻打，比例为2∶1.锻合后还要折叠10次以上。内田天夫：《大日本刀剑新考》，1934年，第297、298页。

（2）单料反复折叠锻合。未折叠前若材料为一层时，经`次折叠后，便会出现2n 层。现代龙泉宝剑曾有“九炼”之说，“九”亦含“久”意，但实际锻打次数取决于原料质量和对产品性能的要求，通常要锻打半天。日本刀也有类似的操作，有人说新刀期要折叠15次，得到32768层组织；又有人说近世之日本刀不过折叠7-8次，得到128或256层组织本间顺治：《日本刀》，岩波书店1939年，第34-36页。；在金相显微镜下，此组织有时能够分解，有时不能分辨。