与一段混炼法基本相同，只是不含有硫化剂及活性大的促进剂。先制成一段混炼胶（通常称为母炼胶），然后下片冷却停放一段时间（一般在16h以上）。为了使炭黑更好地在橡胶中分散，并提高生产效率，通常采用快速（40r/min以上）连续密炼机来制备一段母炼胶，有时也将母炼胶的制备过程与塑炼过程结合并起来进行。其后的二段混炼是在一段混炼的基础上，再加入硫化剂、促进剂等剩余配合剂进行补充混炼。二段混炼可以在密炼机上进行也可在开炼机上进行。通常采用慢速密炼机或捏炼机进行二段混炼，以便在较低的温度下加入硫化剂与促进剂，并具有较高的生产效率。在密炼机中进行的二段混炼时间一般为2-4min。
二段混炼总是能使微细粒子的炭黑获得更好地分散性，对于含有大量这种炭黑的某些胶料，则不论用何种类型的密炼机，可能都要分成二次甚至更多次加入为好。
二段混炼优点：要求更好地润湿性和分散性，如挤出的密封条胶料；含快速硫化剂或发泡剂的胶料。如在混炼末期密炼机中的温度很高，可以采用二段密炼法，即将一段混炼的胶料冷却下片、停放，然后再次投入密炼机中，进行二段加硫化剂的混炼。对于一些低粘度的软胶，由于混炼后期温度的升高使胶料粘度变得更低，混炼时产生的剪切力过小，不足以打开炭黑聚集体或一些结团的配合剂粒子，这是采用二段混炼，可以提高这些低粘度软胶料的分散性。
采用二段混炼法对提高胶料的质量，改善胶料的工艺性能具有良好作用；可显著提高胶料的分散均匀性和硫化胶的物理机械性能；可减少由持续高温引起的焦烧倾向。
