本发明属于碳纤维复合材料的回收领域，尤其涉及一种两步热处理回收碳纤维的方法。该方法包括预处理和精处理两个过程；所述预处理过程为：将碳纤维复合材料加热至450℃～600℃，并保持3～4小时，然后撤去热源，冷却；所述精处理过程为：将经过所述预处理的碳纤维复合材料加热至500℃～550℃，并保持2～3小时，然后撤去热源，冷却，最终得到的固态产物即为回收后的碳纤维。本发明的回收方法能够得到干净的、受损程度小的、长而有序的高附加值的碳纤维。所述碳纤维增强复合材料的尺寸和形状不受限制，能连续进行碳纤维的回收，且可以处理大尺寸的碳纤维复合材料，因而提高了回收效率，节约了资源，节省了回收成本。