莫高窟各时期的壁画壁面制作方法基本一致。
地仗制作
莫高窟等敦煌石窟开凿在酒泉系砾岩上，此种地层结构粗糙又易风化疏松，岩壁极不平整，无法直接绘制壁画，要在将要绘画的沙砾岩壁面上制作“壁画地仗”。
1.粗草泥层：用取自洞窟附近的粉质沙土，掺加麦秸草调和制成泥，压抹在洞窟的砾石岩面上。
2.细泥层：用莫高窟窟前宕泉河河床的澄板土，在其中掺加麻筋，调制成泥，涂抹在粗草泥层之上。
3.白粉层：最后在细泥层上涂刷一层非常薄的高岭土、石灰或石膏之类的粉层即可绘制壁画。
整窟总体设计
绘制洞窟壁画的第一道工序是根据窟主和施主们特定的宗教意愿，依据佛经，对整个窟内各壁所要绘画内容和题材进行总体规划，设计画稿。
起稿
1.直接起稿：按内容对整窟墙体进行大块面的整体划分之后，用娴熟的绘画技巧，徒手直接在墙面上绘制。一般是用毛笔蘸淡土红颜色直接在墙壁上勾画的。
2.按比例划分墙面起稿：根据事先画好的构图小稿，按比例放大。
3.粉本刺孔：古人于墨稿上加描粉笔，用时扑入缣素，依粉痕落墨故名之也。
着色
画稿完成之后，师傅写上色标，由弟子工匠涂色完成。“色标”就是色彩分布的代号。敦煌壁画中已发现用行草书法写上的布色符号有“夕”（绿）、“工”（红）、“青”、“廿”（黄）等，各取字形中的局部为代号；或者有“紫”、“青”、“朱”、“禄”（绿）等，各用全字。当然在敦煌壁画中大量的壁画并不标示色标，而是直接上色。这是由于画工画匠们具有娴熟的绘画技法，驾轻就熟。
莫高窟壁画中历代主要使用的颜料为天然矿物色。天然矿物色以天然矿石为原料，它经过选料、粉碎、除铁、研漂分级等程序，制造出绘画所需深浅不同的各种颜色。其色彩纯正浑厚、艳而不俗，具有耐候性、耐光性、不怕酸碱腐蚀等特性，即使没于土内多年也不会影响其色泽的艳丽，具有化工合成颜料难以达到的表现效果。
动物胶是矿物色的黏结剂，巧妙地将矿物色的各颗粒黏结，不同颜色的颜料叠加，产生了矿物色特有的发色效果，使画面呈现了斑斓多变的色彩魅力。
勾线
壁画绘制最后一道工序是描线成形，也称之为“定形线”。
莫高窟壁画为什么会变色
通常认为铅颜料是人类最早人工制备的颜料。根据专家的分析调查，确认在莫高窟壁画和彩塑中使用过铅颜料。但由于上千年的老化，大部分使用过铅颜料的壁画和彩塑部位都存在变色的现象，有些甚至完全变黑。
铅元素由于存在多种化学价态，因此有多种铅的化合物，包括铅黄，铅红，铅白，铅丹，铅黑。在莫高窟壁画和彩塑中发现普遍使用了橙红色的铅丹和白色的铅白颜料，而变色最严重的也是铅丹颜料。
铅白作为最早人工合成的颜料，具有优良的遮盖力和白度，历史上广泛用于化妆品和各种色料中。专家研究发现铅白颜料在潮湿的碱性地仗表面非常容易变为铅黑。
