汉代的经济文化空前兴盛，毛笔的使用更加广泛，成为不可或缺的文化用品，为毛笔的发展提供了一个良好的发展环境。这一时期的毛笔，开创了在笔杆上刻字、镶饰的装潢工艺。同时，还出现了专论毛笔制作的《笔赋》，这部东汉著名文学家蔡邕所作的著作，是我国制笔史上的第一部专著，对毛笔的选料、制作、功能等作了评述，结束了汉代以前无文字评述毛笔的历史。
汉代笔杆以竹质为主，也有不少木质的。汉代笔不仅强调笔头的质量，而且开始追求毛笔外观的华丽。据东晋著名文学家葛洪在他所著的《西京杂记》中记载： “汉制天子笔，以错宝为跗，毛皆以秋兔之毫，官师路扈为之。又以杂宝为匣，厕以玉璧翠羽，皆直百金。”由此可见，汉代笔杆的造型和装饰日趋考究，甚至有的已远远超过了毛笔本身的实用价值，成为了精致工艺品和身份象征，这种工艺化倾向对后世影响颇为深远，到后来达到了登峰造极的地步。
这一时期出土的毛笔很多，其中比较有代表性的主要是：白马作笔、史虎作笔、居延笔、江陵笔等。其中尤以白马作笔最具代表性，属于国宝级文物。
白马作笔杆为竹质，笔杆上刻有“白马作”三个字，被公认是制作者的名字，与现在笔杆上刻生产者名称意义相同。白马作笔外观的明显特征是“包笔头处有收分”，所谓收分是先把笔杆栽笔头的一端外围的边削去，使笔杆栽笔头一端的外围向内呈斜坡状，然后再挖出笔膛，使笔杆与笔头的结合更加顺和协调，增加美感，这种收分工艺至今仍在采用。
白马作笔头外覆黄褐色狼毫批毛，这在毛笔发展史上具有里程碑意义。与楚笔、秦笔相比，白马作笔头呈粗硕形，直径达到了0.6厘米，是楚笔、秦笔的1.5倍。笔头长度又比楚笔、秦笔略短，笔头长度与直径的比例3：1，这样的笔头是小楷毛笔的极致。制作出白马作这样粗硕的造型，全用兔毫则过于刚健，容易开裂，所以智慧的汉代笔工们又从若干动物毛中选出黄鼠狼尾毛做批毛，黄鼠狼毛和兔箭毛相比较，黄鼠狼尾毛锋颖细长，刚柔适中，可以紧紧的拢抱住兔箭毛做的笔柱，随行笔舒，相得益彰。同时也开创了心柱硬、批毛软的批柱法制作工艺先例，奠定了中国毛笔批柱法制作工艺的基础，一直沿用至今。
在篆书向隶书的演变中，白马作笔的出现，不但完成了率真粗壮的实用隶书笔画任务，还成功胜任了隶书盛行期蚕头燕尾装饰性笔画的重任，为书法艺术史上的重大变革提供了利器，完成了时代赋予它的使命。也证明了毛笔和书法艺术之间相互促进、共同发展、相辅相成的鱼水关系。汉代还出现了一批制笔名家，如草圣张芝就是其中最典型的代表，“张芝笔”与“左伯纸”、“韦诞墨”并称于世。
