蔡伦是桂阳郡阳县人，小时候家境极度贫穷，父母无力抚养，眼看这孩子就要饿死，正好赶上宫中要小太监，父母万般无奈，只好把小蔡伦送到宫中，做了小太监。
做小太监的日子很不好过，一要侍候娘娘、宫女，二要侍候老太监，因为这些老太监都很有靠山。
小蔡伦非常聪明，而且很会来事，许多很有权力的老太监都非常喜欢蔡伦，蔡伦也愿意和老太监们呆在一起，一是可以学习好侍候娘娘、嫔妃、宫女的经验，二是老太监中有许多人能够读书识字，蔡伦便缠着他们教自己。蔡伦的记忆力特别惊人，过目不忘。几年下来，蔡伦不仅认识了许多字，而且可以通读经史了。蔡伦不仅聪明，而且好学，渐渐地便很有学问了。章帝执政时期，蔡伦就是个聪明的小黄门，到了和帝时期，聪明又有学问的蔡伦被提升为中常侍。后来，一次偶然的机会，他见到了和帝。蔡伦不仅见识高明、才华横溢，而且谈吐举止十分得体，和帝一下就喜欢上了蔡伦，经常召他到殿上，共议大事。蔡伦就这样渐渐地得到了皇帝的重视。永元14年，贪恋女色的和帝卧床不起，邓后独揽大权，处理朝政。
邓后毕竟是位女子，显得有些力不从心，便问和帝：“陛下，谁可帮助臣治理国家呢？”
和帝说道：“中郎侍蔡伦虽为太监，但才华出众，有独到的见解，为人忠诚，可以帮助你处理政事。”
邓后心想，蔡伦乃一太监，能有什么本领呢？但和帝说了，不如见他一面。于是邓后召见蔡伦。
邓后问蔡伦：“如今皇上身体欠安，我帮助皇上处理朝政，会有人不服气吗？”
蔡伦说：“皇后，臣以为陛下身体欠安，理应由皇后助理朝政，虽独自处理，也不会有人不满。但是有些大臣心口不一，皇后须小心提防为妙。”
邓后一听，问道：“你认为哪些人会不服呢？”
“臣以为周章周大人手握大权，他表面上虽然拥护皇后，但是暗中却处处与皇后作对。皇后，害人之心不可有，防人之心不可无啊！凡事要做好准备。”
蔡伦的一席话正说到了邓后的心里，她也发觉周章等人心怀不轨。邓后因此很欣赏蔡伦，认为他见识高明，而且敢直言。从此，邓后便把蔡伦调到了身边。
永元17年，和帝归天，朝中大臣和邓后围绕着立谁为皇帝展开了激烈的斗争。由于邓后对周章等人早有防备，所以很轻易地拿掉了周章。后来蔡伦又建议邓后仍要小心谨慎，周章虽死，但他的同党还没有彻底消灭。邓后又逐一消除异己，使自己的权位得到了进一步巩固。蔡伦在整个事件中起了很大的作用，为邓后出谋划策，亲自参与政治斗争。为此，蔡伦得到了邓后的信任，在朝中大臣们中间的威望有了极大的提高，但也就因此事而为自己埋下了祸根。由于蔡伦亲自参与处理政事，所以经常帮助邓后批阅奏章，有一次他看见几册民间的书，是用丝麻等絮物结成薄片剪成块状，然后用来写字的。这种东西很轻巧，他一打听才知道民间百姓把它叫做纸。这种纸比起竹简来，不仅搬动省力，而且翻阅也十分方便，比起锦帛来，又便宜了许多。但是这种纸也有一个最大的缺点，就是很脆弱，稍一用力就破，很不容易保存。这种纸还相当粗糙，不利于书写。蔡伦想：如果这种纸加以改进，使它细腻而且变得结实一些就好了。公元105年，蔡伦被批准回桂阳郡探望已上了年纪的父母。途中，他学会了如何制造那种粗而脆的纸。
到了家中，他和父母诉说了多年的情况之后，便脱掉外衣，找来许多破烂衣服，将这些破烂衣服漂洗干净后，放入石臼中捣成浆。父母劝他休息一会儿，他说：“我一点都不累，我想造出好纸来，让人们用起来更方便。”父母虽然不知道什么叫纸，但十分支持他，帮助找来了许多破烂衣服。
蔡伦用石杵在石臼里不停地捣着，边捣边呼呼喘粗气，而且身上、脸上到处都是大汗，边上十几个小孩围着蔡伦又蹦又跳。蔡伦费了好大的力气，才把破烂衣服捣成浆，用细竹筛把碎浆摊平整，扣到光滑的石板上，晾晒之后就成了纸，可是这种纸仍是又脆又粗糙。蔡伦又不停地试验，不停地改进，效果仍然不十分明显。蔡伦想：到底哪个地方出了问题呢？由于蔡伦整天不停地捣破衣服，家中的破烂衣服，很快就用没了。他的父母便到左邻右舍去找。
有一天，一位大娘送来了几件破烂衣服，衣服不仅破，而且很脏，上面沾的全是石灰面。
蔡伦一看都是石灰面，也没有漂洗，便把那几件破烂衣服扔在石臼中继续捣。奇怪的事情发生了，蔡伦很容易地就把这几件衣服捣成浆，而且捣出来的浆水又白又细腻。蔡伦又惊又喜，立即用细竹筛把碎浆过滤一遍，之后又兑上了一些清水筛成膜，放到光滑的石板上，经过晾晒之后，奇迹出现了，这种纸不仅有柔韧性，而且很细腻。蔡伦兴奋地直跳，过了一会儿，他又认真思考：为什么这几件衣服造出来的纸和其他的不一样呢？它们有哪些区别呢？左思右想，他忽然眼前一亮，这几件衣服上面有石灰面，石灰有漂白和腐化作用。他接着又把几件没有石灰的衣服放到石臼中，里边放了几块石灰。果然没过多久就捣出了纸浆，晒干之后，这种纸仍是又细腻又有韧性，可以折叠。
蔡伦高兴得像个孩子似的，把纸拿到了家中，先给父母看，又给乡亲们看。乡亲们又纷纷送来破衣服、破鱼网、麻头、旧鞋等等，蔡伦一一试验，都能造成很好的纸张来。蔡伦又用树皮试验，最后也造出了薄而光滑的纸张。没多久，蔡伦回到了宫中，向邓后报告了造出新纸一事。邓后非常高兴，命令蔡伦置办纸作坊，造新纸。不多久，新纸传到民间，极受欢迎，后来又传到亚洲各国，逐渐又传入欧洲、非洲、美洲、大洋洲，世界各国都用这种纸了。蔡伦的造纸术为人类的文明起到了巨大的推动作用。公元121年，邓后去世，由于蔡伦与邓后关系密切，因而受到安帝的排挤，最后被逼无奈，服毒自杀，但他的造纸技术却永远长青。
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