本发明涉及一种通过三步法混合亚胺化制备高性能聚酰亚胺纤维的方法，该方法包括以下步骤：将二酐单体和二胺单体在反应溶剂中发生缩合聚合反应，得到聚酰胺酸纺丝溶液；按照湿法纺丝工艺，纺丝液经喷丝头挤出后直接经过凝固浴、水洗、干燥后形成聚酰胺酸纤维；再经过初步热处理，得到部分亚胺化的纤维；之后纤维浸润于乙酸酐/吡啶溶液中，进行化学亚胺化；最后经过干燥和进一步热环化，得到混合亚胺化的聚酰亚胺纤维。本发明通过在传统的热亚胺化过程中加入化学亚胺化过程，提高了纤维的亚胺化程度，与此同时，化学亚胺化使得在管式炉中的闭环反应减少，提高了牵伸比，纤维取向度提高，从而聚酰亚胺纤维的力学性能得到了大幅提高。