Мечи, сделанные из железа (в противоположность бронзовым), появляются начиная с раннего железного века (примерно с XII века до н. э.), но не получают широкого распространения до начала VIII века до н. э.
Мечи раннего железного века во многом отличались от позднейших стальных мечей. Они, как правило, не подвергались закалке, из-за чего их рабочие качества (прочность и твёрдость) были ненамного выше, чем у предшествовавших или современных им бронзовых мечей. Это значит, что такие ранние железные мечи могли — как и предшествовавшие им бронзовые — погнуться в бою. Однако менее трудозатратное производство и большая доступность железа по сравнению с медью и оловом привели к тому, что производство железных мечей широко распространилось.
Древние кузнецы случайно поняли, что, добавляя к железу определённое количество углерода (при выплавке железа из руды углерод проникал в металл случайно из древесного угля, служившего топливом), можно получить сплав с лучшими рабочими качествами (сейчас этот сплав известен как сталь). Закаливая сталь (то есть придавая ей дополнительные твёрдость и ломкость) и подвергая её отпуску (то есть, наоборот, уменьшая твёрдость и ломкость), можно было получать мечи, которые в значительно меньшей мере страдали от повреждений в бою и — если были погнуты — могли безболезненно вернуть себе форму. Однако от открытия этих возможностей работы до их систематического применения прошло много времени: фактически до конца раннего Средневековья многие мечи делались из незакалённой стали. В древности существовало несколько различных технологий изготовления мечей, самой известной из них была узорная сварка[1][2][3]. С течением времени в разных уголках мира возникали разные методики.
Прото-кельтская Гальштатская культура (VIII век до н. э.) — одна из первых (но не первая) археологических культур, для которых известна обработка железа. В течение Гальштатского периода использовались параллельно железо и бронза, из обоих этих материалов делались мечи одинаковой формы. К концу Гальштатского периода, примерно в 600—500 гг. до н. э., на смену мечам пришли короткие кинжалы. Латенская культура снова вернулась к мечам, но эти мечи своей формой и конструкцией уже сильно отличались от характерных для бронзового века и раннего железного века и уже в большей степени напоминали более поздние мечи, развившиеся из них.
Железные версии акинаков появляются у скифов и персов начиная примерно с VI века до н. э. В период классической античности, в Парфянском царстве и в государстве Сасанидов на территории нынешнего Ирана железные мечи были весьма распространены. Греческий ксифос и римский гладиус — типичные мечи железного века, их длина колебалась от 60 до 70 см. В Римской империи появились спата (более длинный — по отношению к гладиусу — прямой меч). Вооружённые спатами спатарии составляли личную гвардию императора в Константинополе.