東漢的冀州主要就是現代的河北，廖化知道這裡的煤鐵資源豐富，特彆是後世的開灤煤礦，井徑煤礦，邯鄲鋼鐵，這些都是大型礦藏，東漢時期根本冇有後世的開采條件，隻能用最簡陋的方法。
采煤的巷道十分窄小、黑暗，冇有保護措施，安全性很差。照明是煤壁上昏暗的小油燈；整條巷道冇有任何通風工具。
此時礦工采用的是“高落式”采煤，即先用钁頭沿煤層底部刨出一道深槽，上麵的煤層冇有依托而自然鬆落，俗稱“刨根”；之後再由工人用“捅槍”將上方冇有鬆落的煤層捅落下來，俗稱“落垛”。
落在地上大塊的煤炭，由專人負責揹出去；小塊的煤炭則裝入小拖車，運到井口；在井口的礦工等煤筐裝滿後，搖動繩鈴；地麵上的工人聽到鈴響，就用轆轤將煤筐提出井口。
廖化將巷道拓寬，又用木頭做好支架，提升安全效能，同時有專人日夜不停往采煤坑道鼓風，排出坑道內的瓦斯氣體，防止瓦斯爆炸。下坑道前還用運煤小車，載上火把試驗，安全後才安排礦工下井。
采礦則相對安全，鐵礦石多數在表層，但是工程量比較大，大塊礦石需要敲碎，有時還需要用大火焚燒，冷卻，利用熱脹冷縮使礦石碎裂。
在鍊鐵方麵，廖化使用現代的高爐鍊鋼法，煉製出品質更高的鋼。
原始的鍊鐵爐是由石堆鍊鐵法改造而成的。在土中挖一坑洞，周圍用石塊堆砌，稱為地爐。以木炭為燃料，利用自然風力進行燃燒、加熱和還原鐵礦石，產品為類似塊狀的海綿鐵。隨著人力、畜力和水力鼓風方法的出現，產量提高，渣和鐵也比較容易分離，產品質量有所改進。
為適應冶煉難熔和難還原的礦石，需要增加爐子的高度，於是開始出現豎爐，但其產品仍是“熟鐵球”，而含鐵很高的爐渣則可以熔化成液體。在廖化的指導下，最早的一批冶煉生鐵的高爐出現了。
由於使用鼓風機的鼓風，高爐鼓風量增大，促使高爐爐缸溫度提高，於是爐內海綿鐵可以大量滲碳而熔化，就產生了生鐵。然而由於生鐵不能鍛造，難以利用，當時稱之為“豬鐵”。
經過把生鐵和礦石一起裝爐再一次熔鍊，便得到熟鐵，同時產量增加，自此形成了鍊鐵的二步操作法。二步鍊鐵法的出現是鋼鐵冶金史上的一個轉折點，從此逐漸發展成近代鋼鐵冶金工業的工藝流程：第一步礦石在高爐中還原生成生鐵；第二步在精煉爐中將生鐵中的碳、矽等元素氧化而煉成熟鐵和鋼。
廖化把燃料轉變成煤炭，又增加了鼓風機鼓風和水力鼓風，提高爐溫，使鐵礦石內的碳燃燒充分，降低了碳元素的含量，使鋼的質量更好。
有了鐵胚、鋼胚，就可以鍛造武器，鎧甲，後世的明光鎧，多用鋼片製成，前後護心鏡就是用鋼材打製而成。