东汉的冀州主要就是现代的河北，廖化知道这里的煤铁资源丰富，特别是后世的开滦煤矿，井径煤矿，邯郸钢铁，这些都是大型矿藏，东汉时期根本没有后世的开采条件，只能用最简陋的方法。

采煤的巷道十分窄小、黑暗，没有保护措施，安全性很差。照明是煤壁上昏暗的小油灯；整条巷道没有任何通风工具。

此时矿工采用的是“高落式”采煤，即先用镢头沿煤层底部刨出一道深槽，上面的煤层没有依托而自然松落，俗称“刨根”；之后再由工人用“捅枪”将上方没有松落的煤层捅落下来，俗称“落垛”。

落在地上大块的煤炭，由专人负责背出去；小块的煤炭则装入小拖车，运到井口；在井口的矿工等煤筐装满后，摇动绳铃；地面上的工人听到铃响，就用辘轳将煤筐提出井口。

廖化将巷道拓宽，又用木头做好支架，提升安全性能，同时有专人日夜不停往采煤坑道鼓风，排出坑道内的瓦斯气体，防止瓦斯爆炸。下坑道前还用运煤小车，载上火把试验，安全后才安排矿工下井。

采矿则相对安全，铁矿石多数在表层，但是工程量比较大，大块矿石需要敲碎，有时还需要用大火焚烧，冷却，利用热胀冷缩使矿石碎裂。

在炼铁方面，廖化使用现代的高炉炼钢法，炼制出品质更高的钢。

原始的炼铁炉是由石堆炼铁法改造而成的。在土中挖一坑洞，周围用石块堆砌，称为地炉。以木炭为燃料，利用自然风力进行燃烧、加热和还原铁矿石，产品为类似块状的海绵铁。随着人力、畜力和水力鼓风方法的出现，产量提高，渣和铁也比较容易分离，产品质量有所改进。

为适应冶炼难熔和难还原的矿石，需要增加炉子的高度，于是开始出现竖炉，但其产品仍是“熟铁球”，而含铁很高的炉渣则可以熔化成液体。在廖化的指导下，最早的一批冶炼生铁的高炉出现了。

由于使用鼓风机的鼓风，高炉鼓风量增大，促使高炉炉缸温度提高，于是炉内海绵铁可以大量渗碳而熔化，就产生了生铁。然而由于生铁不能锻造，难以利用，当时称之为“猪铁”。

经过把生铁和矿石一起装炉再一次熔炼，便得到熟铁，同时产量增加，自此形成了炼铁的二步操作法。二步炼铁法的出现是钢铁冶金史上的一个转折点，从此逐渐发展成近代钢铁冶金工业的工艺流程：第一步矿石在高炉中还原生成生铁；第二步在精炼炉中将生铁中的碳、硅等元素氧化而炼成熟铁和钢。

廖化把燃料转变成煤炭，又增加了鼓风机鼓风和水力鼓风，提高炉温，使铁矿石内的碳燃烧充分，降低了碳元素的含量，使钢的质量更好。

有了铁胚、钢胚，就可以锻造武器，铠甲，后世的明光铠，多用钢片制成，前后护心镜就是用钢材打制而成。