Fermentācijas process sākas, tiklīdz ir beidzies saritināšanas process. Terminu "fermentācija" pirmo reizi sāka lietot 1901.gadā, apzīmējot ar to oksidēšanās procesu, kuru veic tējas fermenti. Fermentācijas process nosaka būtiskākās ķīmiskās izmaiņas, kas notiek, pārstrādājot tēju. Šīs izmaiņas gala rezultātā arī nosaka nākošā dzēriena garšu.

Fermentācijas nodrošināšanai tējas lapas pārvieto lielās, vēsās, mitrās un tumšās telpās, kur tās izklāj uz līdzenas virsmas, četras collas (10 cm) biezās kārtās. Virsma nedrīkst reaģēt ar tējas ķīmiskajiem elementiem, parasti lieto alumīnija plāksnes vai arī īpaši apstrādātu koku. Ideāli apstākļi kvalitatīvai fermentācijai ir tad, kad tiek apvienota maksimāli zema fermentēšanās temperatūra (ap 150 C) ar maksimāli augstu gaisa mitrumu (ap 90 %).

Fermentācija var ilgt no 45 minūtēm līdz 3-5 stundām. Procesa laiks ir atkarīgs no vairāku faktoru kopuma: tējas lapu sākuma temperatūra pēc saritināšanas, mitruma pakāpe pēc vītināšanas, gaisa mitrums, fermentācijas telpu vēdināšanas īpatnības.

Fermentācijas procesā lapu krāsa kļūst tumšāka (brūnē). Rūgšanas un vītināšanas procesos atūdeņotās tējas sulas veido melnajai tējai raksturīgās smaržas - diapazonā no ziedu līdz augļu, riekstu un garšvielu aromātiem. Fermentācijas procesu ir nepieciešams apturēt tieši tajā brīdī, kad tējas aromāts sasniedz optimālo kondīciju.