蔡伦兼任尚方令时，掌管尚方，这是一个主管皇宫制造业的机构，“尚方宝剑”就是尚方制作的宝剑，后来成为最高权力的象征。因史书记载阙如，如今已无从考证这个任命是怎么发生的，但这无疑是中国历史上最正确的任命之一。当时的皇宫作坊，集中了天下的能工巧匠，代表那个时代制造业最高水准，为蔡伦提供了一个极好的平台，他的个性、爱好以及他在工程技术方面的过人天资，在这个工作岗位上得到井喷式的展现。

永元九年（公元97年）尚方制作的刀剑等器物，“莫不精工坚密，为后世法”。也就是说，他大幅度改进了制作工艺，达到极高水准，并长期居于技术的顶峰。晚蔡伦三四十年的崔寔在《政论》中写道：“有蔡太仆之弩，及龙亭九年之剑，至今擅名天下。”“蔡太仆”、“龙亭”，指的都是蔡伦，他已成为兵器“品牌”。

蔡侯纸

改进造纸术时的蔡伦主管监督制造宫中用的各种器物。他挑选出树皮、破麻布、旧渔网等，让工匠们把它们切碎剪断，放在一个大水池中浸泡。过了一段时间后，其中的杂物烂掉了，而纤维不易腐烂，就保留了下来。他再让工匠们把浸泡过的原料捞起，放入石臼中，不停搅拌，直到它们成为浆状物，然后再用竹篾把这粘乎乎的东西挑起来，等干燥后揭下来就变成了纸。蔡伦带着工匠们反复试验，试制出既轻薄柔韧，又取材容易、来源广泛、价格低廉的纸。

元兴元年（公元105年）蔡伦向汉和帝献纸，蔡伦将造纸的方法写成奏折，连同纸张呈献皇帝，得到皇帝的赞赏，便诏令天下朝廷内外使用并推广，朝廷各官署、全国各地都视作奇迹。九年后，蔡伦被封为“龙亭侯”，食邑300户。由于在全国各地逐步推行的新造纸方法是蔡伦发明的，人们便把这种纸都称为“蔡侯纸”。

蔡伦改进的造纸术沿着丝绸之路经过中亚、西欧向整个世界传播，为世界文明的传承和发展起着不可磨灭的贡献。