本发明涉及一种废旧磷酸铁锂电池的回收利用方法及其应用。该废旧磷酸铁锂电池的回收利用方法包括：将从废旧磷酸铁锂电池回收的正极活性粉体熟化，再进行浸出处理，得到浸出液；其中，所述浸出处理采用二段式逆流浸出工艺；向所述浸出液中依次加入铁粉及铝萃取剂，得到除杂浸出液；将磷源、酸及氧化剂与所述除杂浸出液混合，过滤得到磷酸铁及滤液；其中，所述磷源选自磷酸及可溶性磷酸盐中的至少一种；将可溶性碳酸盐与所述滤液混合，过滤得到碳酸锂。通过该方法得到的磷酸铁及碳酸锂的纯度较高，符合电池级标准，可作为制备磷酸铁锂正极活性材料的原料回收利用。