Dengan menyimpulkan pengalaman yang lalu, Cai Lun dan para tukang yang dipimpinnya menggunakan kulit kayu, kain dan jaring bekas sebagai bahan mentah pembuatan kertas. Bahan-bahan mentah itu pertama-tama dipotongnya menjadi kecil-kecil dan lalu direndamnya ke dalam air dalam waktu yang cukup lama. Setelah proses itu selesai, bahan-bahan itu dilumatkan supaya berbaur dengan air menjadi bubur kertas. Bubur itu kemudian direbus sebelum dibentangkan di atas tikar untuk dijempur di bawah sinar matahari. Setelah proses itu semuanya diselesaikan, dihasilkanlah kertas yang sudah jadi. Kertas yang terbuat dengan cara itu ringan dan tipis, dan cocok sekali untuk ditulisi, maka begitu muncul segera menjadi populer. Pembaruan atas teknik pembuatan kertas yang dilakukan Cai Lun mendapat penghargaan sang kaisar. Sejak itulah kertas yang dibuat dengan cara itu dimeratakan di seluruh negeri, dan kertas itu pun mendapat nama "kertas Cai Lun".

Cai Lun pernah bertanggung jawab atas pengakuran kitab-kitab kuno di istana. Biasanya kitab-kitab setelah diakurkan atau dicek kembali akan dicetak lagi untuk dibagi-bagikan kepada para pejabat daerah, dan itu tentu akan memerlukan banyak kertas. Kebutuhan masyarakat atas kertas merangsang gairah produksi waktu itu, dan praktek lantas meningkatkan pula teknik pembuatan kertas. Berkat sumbangan Cai Lun, teknik pembuatan kertas Tiongkok semakin disempurnakan. Kira-kira 80 tahun setelah Cai Lun wafat, di Tiongkok muncul lagi seorang tukang pembuat kertas yang sangat trampil, namanya Zuo Bo. Kertas yang dihasilkannya tipis lagi halus. Kertas itu kemudian disebut sebagai "kertas Zuo Bo". Sampai pada abad ke-3 dan ke-4 Masehi, kertas pada pokoknya telah menggantikan bilah bambu dan kain sutra menjadi satu-satunya bahan untuk ditulisi di Tiongkok.

Sebagai ilmuwan dan pejabat sipil tinggi waktu itu, Cai Lun selain memperbarui cara pembuatan kertas, juga memainkan peran penting dalam pengembangan teknik peleburan logam dan pengolahan serta teknik pembuatan permesinan.