本发明涉及煤焦油加工领域，公开了一种脱除煤焦油中机械杂质和灰分的方法，(1)将待处理的煤焦油与第一稀释介质混合，得到混合物流，然后将所述混合物流进行固液分离以脱除直径大于20μm的大颗粒机械杂质和灰分，得到第一液相物流；(2)将所述第一液相物流进行固液分离以脱除直径不大于20μm的小颗粒机械杂质和灰分，得到第二液相物流；所述第一稀释介质选自加氢柴油、加氢尾油、催化柴油、洗油、蒽油和轻质芳烃中的至少一种。本发明通过先将待处理的煤焦油与稀释介质混合，然后再进行两次固液分离能够有效脱除煤焦油中机械杂质和灰分，保障分离设备的长周期运转，同时能够有效提高煤焦油的收率。