當發酵溫度上升到45℃以上時，即進入高溫階段。除少部分殘留下來的和新形成的水溶性的有機物繼續分解外，復雜的有機物，如半纖維素、纖維素等開始強烈的分解，同事腐殖質開始形成，出現了能溶于堿的黑色物質。這一階段主要是嗜熱性微生物開始活動。通常在50℃左右活動的主要是嗜熱性真菌和放線菌；溫度上升到60℃以上時，真菌（絲狀真菌等）幾乎全部停止了活動，嗜熱放線菌和細菌（芽抱桿菌等）的活動占優勢；到了70℃以上，微生物大量死亡或進入休眠狀態，因此溫度又會下降，當低于70℃時，休眠好熱的微生物又重新活躍起來并產生新的熱量，經過反復幾次在70℃的高溫水平，腐殖質已經基本形成，發酵物料基本趨于初步穩定。在高溫階段，嗜熱性微生物按其活性，又可分為：對數生長期、減速生長期、內源呼吸期。很多的嗜熱微生物，包括細菌，放線菌和絲狀真菌，是分解纖維素和果膠類物質能力很強的微生物，因此，在高溫階段，纖維素，果膠類物質被大量分解。