由于棉花“比之桑蚕，无采养之劳，有必收之功，埒〔lie列〕之枲麻，免绩缉之工，得御寒之益，可谓不麻而布，不茧而絮”(王祯《农书》)的优良特性，所以大约到宋末元初，棉花同时由东南、西北两路向长江流域和黄河流域迅速传播开来，并开始得到政府的重视。元代至元十年(公元1273年)颁布的官修《农桑辑要》一书，有令陕西劝种棉花的诏谕，其内容大意是：木棉本是西域所产，近年以来，苎麻种于河南，木棉种于陕右，滋茂繁盛，与原产地无异，当地民众深得其利。根据两地试种效果，责令陕西地区种之。至元二十六年(公元1289年)，元政府又在浙东、江东、江西、湖广、福建等地设置木棉提举司，大规模地征收木棉织品，每年达10万匹。到元贞二年(公元1296年)，棉布像其他纺织品一样，被正式列入常年租赋中，征收定额也提高到年50万匹。
长江流域的松江府，在元初制棉生产技术发展中，后来居上，超越闽、广以及西北地区，成为全国最大的棉纺织中心。松江棉植业的迅速发展是与黄道婆的生产活动分不开的。黄道婆是松江府乌泥泾(今上海龙华镇)人，早年流落崖州(今海南岛崖县)，从当地黎族人民那里学到了一整套棉纺织加工技术。成宗元贞年间(公元1295—1297年)，年老的黄道婆搭顺道海船从崖州回到乌泥泾。回家乡后，她看到家乡的棉纺织技术十分落后，就根据当地棉纺织生产的需要，总结出一套融会黎族棉织方法和内地原有纺织工艺于一体的完整新技术。她将这套技术广传于人，改变了当地“厥功甚艰”的棉纺织生产状况。一时乌泥泾和附近地方“人既受教，竞相作为，转货他郡，家既就殷”(陶宗仪《辍〔chuo绰〕耕录》)。黄道婆去世后，松江人民感念她的恩德，为她立了祠堂来纪念她。此祠后因战乱被毁，至正二十二年(公元1362年)有人为她重建一祠，并求诗人王逢作诗以为纪念。清嘉庆年间，又有人在上海城内渡鹤楼西北小巷内建一小庙祀祠她。
黄道婆在棉纺织工艺上的重大贡献，可归纳为擀、弹、纺、织四项。
“擀”是指轧棉去籽。黄道婆以海南黎族的踏车为基础，创造出一种搅车。它的形制如王祯《农书》所记，主要结构为一对辗轴，即一根直径较小的轴，配合一根直径较大的轴。使用时，两人摇轴，一人将棉喂入两轴之间，利用这两根直径不等，速度不等，回转方向相反的辗轴相互辗轧，使棉籽核和棉纤维分离(图5)。搅车比用手剥或铁杖赶搓去籽，效率大为提高，而且“功力数倍”，所以王祯在《农书》中说：“凡木棉虽多，今用此法，即去籽得棉，不致积滞。”以后人们又在这种搅车的基础上加以改进，制出仅用一人操作的脚踏搅车。据宋应星《天工开物》介绍，改进后的搅车，出棉量相当可观，每天可轧带籽棉花10斤，出净棉三、四斤。
“弹”是指有开松除杂之效的弹棉。黄道婆把原来只有一尺五寸长的线弦竹弓，改为四尺多长的绳弦大弓，把用手拨弦改为以弹椎敲击绳弦。由于用弹椎敲击，绳弦振幅大，增强了弹弓对棉的振荡作用，不仅大大提高了开松效率，而且弹出的棉花既蓬松又洁净。到了明代，这种弹弓又有了改进，变为“以木为弓，蜡丝为弦”(《农政全书》)的木弓。木弓弓背宽，弓身伸展，当弓弦振荡时，接触棉花的空间加大，使弹棉的功效得到进一步提高。这种弹弓于16世纪传入日本，日本人称为“唐弓”(图6)。
图5 王祯《农书》中木棉搅车
“纺”指纺纱。在黄道婆之前，松江地区用于纺棉的纺车，都是单锭手摇纺车，用它纺棉，10小时仅得棉纱四两，需要三到四个人才能供应一架织布机的需要；再者其车的原动轮较大，纱锭转速较快，发动起来后棉纱常因牵伸不及或捻度过大而绷断，所以不太适合纺棉纱。黄道婆针对这个缺陷，改进了其原有结构，一面将其纱锭数增至三枚，一面改变其原动轮的规格，使之适当缩小，从而既提高了功效，又解决了棉纱断条问题。这种纺车由于纺棉纱的性能良好，很快就在松江一带得到推广。
图6 明《农政全书》中木棉弹弓
“织”是指织布。黄道婆把江南原有的丝麻织作技术和黎族棉织技术融会贯通，总结出一套先进的“错纱、配色、综线、絮(洁)花”的织造工艺，使普通的棉布，能呈现出各种美丽的花纹。经她手织出的“被、褥、带、帨〔shui税〕，其上折枝、团凤、棋局、字样，粲然若写”(《辍耕录》)。
由于乌泥泾和松江一带人民迅速掌握了黄道婆传授的新工具和新技术，棉织业得到迅速发展，所产棉织物亦因外观、质地皆佳，广传于大江南北。至明代，松江及附近地区以此为生者达数千家，成为全国棉纺织业的中心，并赢得了“松郡棉布，衣被天下”的声誉。