Z powyżej wymienionych rud, na skale przemysłową otrzymuje się stopy żelaza, czyli stopione mieszaniny żelaza z innymi pierwiastkami. Odbywa się to najczęściej na drodze procesu wielkopiecowego.
Aby otrzymać żelazo z rud należy go zredukować. Najczęściej używanymi reduktorami są węgiel oraz tlenek węgla (II). Substancje te wyjątkowo łatwo reagują z tlenkami żelaza, zwłaszcza w wysokiej temperaturze.
Cały proces przeprowadza się w wielkich, szybowych piecach, o wysokości ok. 30 metrów i pojemności nawet 2000 [m³]. Zasada działania pieca oparta jest o zjawisko przeciwprądów. Od góry, warstwami, do pieca wprowadza się za pomocą urządzeń zasypowych surowce. Surowcami są tutaj:
- ruda żelaza
- koks, czyli produkt odgazowania węgli kopalnych, najczęściej węgla kamiennego, zawiera ok. 80 % czystego węgla
- topniki, czyli substancje, które obniżają temperaturę topnienia rud oraz ułatwiającą oddzielenie metalu od innych domieszek, zawartych w rudzie. Te bezużyteczne domieszki zostają związane w postaci żużla. Najczęściej używanymi topnikami są piasek, wapień lub dolomit.
Natomiast od dołu pieca wdmuchuje się rozgrzane powietrze.
W górnej części pieca zachodzą reakcje utleniania węgla, które prowadzą do powstania tlenku węgla (II):

C + O₂ → CO₂

CO₂ + C → 2 CO

Tlenek ten łatwo reaguje ze stopioną, w wysokiej temperaturze, pod wpływem topników rudą żelaza.
Zachodzą następujące reakcje:

3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

Jest to tzw. redukcja częściowa, redukcja właściwa, czyli redukcja węglem zachodzi w dolnej strefie wielkiego pieca, w której panuje najwyższa temperatura, dochodząca do ok. 1200 - 1500 ºC.

FeO + C → Fe + CO

Jednocześnie z reakcja pomiędzy węglem , a tlenkami żelaza, odbywa się reakcja z topnikami oraz innymi zanieczyszczeniami obecnymi w mieszaninie. W efekcie powstaje ciekły żużel, czyli produkt uboczny zawierający stopione substancje mineralne. Żużel jest lżejszy do surówki, więc oddziela się od niej i wypływa na jej powierzchnię.
Surówka, czyli pierwszy produkt procesu wielkopiecowego zawiera ok. 4 % węgla oraz niewielkie ilości krzemu, manganu, fosforu oraz siarki. Pod wpływem powolnego oziębiania surówki część węgla wykrystalizowuje się w postaci grafitu.
Powstające w dużych ilościach gazy: tlenki węgla, są ponownie wykorzystywane do ogrzewania pieca. Proces wielkopiecowy jest przeprowadzany nieprzerwanie.