本发明涉及一种一步转化分离钒钛铁精矿中铁、钒和钛新方法,包括以下步骤:(1)将钒钛铁精矿和添加剂与还原剂混合焙烧,获得含钒生铁和富钒钛料;(2)将富钒钛料在水中浸出、过滤,获得含钒溶液与钛渣。本发明的技术特点在于:通过钠化还原耦合新工艺,构建低温熔态多相反应分离新体系,一步实现铁的还原、钒的钠化及铁与富钒钛渣的熔分过程,产出含钒生铁、含钒溶液和钛渣三种产品。本发明与传统的“高炉—转炉”或“直接还原—熔分/磨选”流程相比,具有工艺流程短、固定资产投资省、生产成本低、环境污染小、综合回收率高等显著优点,为高效综合利用钒钛铁矿资源提供了新技术,具有广阔的应用前景。