Traditionelle Holzstifte werden immer noch in einem Verfahren hergestellt, das erstmals im 1600. Jahrhundert eingeführt wurde. Moderne Holzbearbeitungsmaschinen und Automatisierungsmethoden haben den Herstellungsprozess definitiv rationalisiert, aber die meisten der heutigen unterscheiden sich kaum von ihren jahrhundertealten Vorgängern. Im Wesentlichen sind sie das Endergebnis eines Sandwich-Prozesses mit Graphit und Zedernholzplatten.
Der erste Schritt bei der Herstellung von Bleistiften ist die Vorbereitung des Graphitzentrums oder der „Mine“. Graphit ist ein dunkles, weiches Mineral, das gemahlen und in einer Mischkammer zu Ton und Wasser gegeben wird. Nach dem Auspressen des Wassers lässt man die verbleibende Graphit/Ton-Verbindung an der Luft trocknen, bis sie wieder zu einem Pulver wird. Dieses Graphitpulver wird noch einmal mit Wasser zu einer weichen Paste vermischt. Die Graphitpaste wird dann durch dünne Metallröhrchen extrudiert, um Stäbchen in Bleistiftgröße zu bilden. Diese Ruten werden überhitzt, um harte und glatte Bleie zu erzeugen.
Währenddessen schneidet eine Holzbearbeitungsmaschine Zedernholzblöcke in dünnere Lamellen. Eine weitere Maschine schneidet acht Nuten über die Länge dieser Lamellen. Bleistifte werden nicht aus einem einzigen Rohling geschnitzt, sondern beginnen eigentlich als zwei zusammengeklebte Halbrohlinge. Während die beiden Hälften aufeinandergelegt und verklebt werden, platziert eine andere Maschine einen Graphitstab auf jeder der acht flachen Rillen. Die gesamte ungeschnittene Platte wird vor der Weiterverarbeitung getrocknet.
Eine spezielle Schneidemaschine nimmt die ungeschnittenen Sandwiches aus Holz und Graphit auf, dann schneiden die Klingen die Seiten ab, um die bekannte sechseckige oder runde Form zu erhalten. Die Schneidemaschine rastet die Platte auch in einzelne Bleistifte ein. Schleifmaschinen glätten die Oberflächen und bereiten sie für mehrere Anstriche vor. Nicht selten erhalten Bleistifte bis zu acht Farbschichten, um die für eine sichere Anwendung notwendige splitterfreie Oberfläche zu erzeugen.
Die bemalten Bleistifte erhalten dann einen Heißprägestempel, der in der Regel den Namen des Herstellers und eine der relativen Härte der Graphitmine entsprechende Nummer enthält. Die gebräuchlichste Härte hat eine Bezeichnung von #2, aber solche mit Härtegraden bis zu #4 sind oft in Hobby- oder Bürobedarfsgeschäften zu finden. Härte bedeutet im Allgemeinen, wie viel Graphit pro Hub freigesetzt wird. Je höher die Härtezahl, desto weniger Graphit wird freigesetzt, was zu einem helleren Strich führt.
Die Bleistifte werden dann mit einem Metallkragen, der sogenannten Zwinge, versehen. In die Zwinge wird mechanisch ein Radiergummi aus Weichgummi eingesetzt und die Stifte gelten als fertig. Interessanterweise wurden Brotstücke oft als Radiergummi verwendet, bis um das Jahr 1770 die ersten Radiergummis entwickelt wurden. Erst 1858 wurden tatsächlich Radiergummis an den Enden angebracht.