施工时，利用盾构机前端的刀盘开挖地层，利用螺旋出土器或排泥管路将开挖的渣土排出，并在盾壳保护下拼装管片衬砌。在开挖盾构前面土体的同时用盾构千斤顶顶住已拼装好的衬砌，将盾构推进到挖除土体的空间内，盾构推进距离达到一环衬砌宽度后，缩回盾构千斤顶活塞杆，然后进行衬砌拼装，拼装完成后再继续开挖地层。如此，循环交替作业，逐步延伸而建成隧道或大口径管道。盾构法施工是机电一体化、岩土工程、结构工程、信息工程等多工种相互配合的系统工程。

最早进行盾构法施工研究的是法国工程师M.I.布律内尔（Marc Isambard Brunel，1769-04-25～1849-12-12），他于1818年开始研究盾构法施工，并于1825～1845年采用一矩形盾构建造了英国伦敦泰晤士河下的第一条水底隧道（宽11.4米，高6.8米）。其后英国土木工程师P.W.巴洛（Peter William Barlow，1809-02-01～ 1885-05-19）于1865年在泰晤士河底，采用直径2.2米的圆形盾构建造隧道。1847年在伦敦地下铁道城南线施工中，英国土木工程师J.H.格雷特黑德（James Henry Greathead，1844-08-06～1896-10-21）第一次在黏土层和含水砂层中采用气压盾构施工，并第一次在衬砌背后压浆来填补盾尾和衬砌之间的空隙，创造了比较完整的气压盾构施工工艺，为盾构法安全施工奠定了基础。20世纪30～40年代，仅美国纽约就采用气压盾构成功地建造了19条水底道路隧道、地下铁道隧道、煤气管道和给水管道等，之后盾构法逐步成为世界各国建造地下铁道、水底公路隧道和大型市政管道的主要方法。

中国于第一个五年计划期间，首先在辽宁阜新煤矿，用直径2.6米的手掘式盾构进行了疏水巷道的施工。1965～1970年，上海用直径11.26米的网格式盾构，修建了黄浦江打浦路隧道，为盾构法施工技术在中国的应用起到推动和示范作用。之后在上海、北京、广州、深圳、武汉、南京、杭州等城市，先后用盾构法建造了大量地下铁道、公路隧道、铁路隧道和大型市政管道等工程。进入21世纪以来，国内大直径超大直径盾构发展迅猛，突破各种复杂地质条件，在直径、水压、掘进距离方面也是屡破纪录，装备制造技术国产化也日益成熟，隧道设计理论、常压换刀技术、刀具耐磨技术、地下对接技术等技术水平均居世界前列，逐步形成了以超大直径、超高水压及超长距离为主要特征的现代盾构技术。代表性工程如武汉长江隧道是国内首座在强渗透地层修建的大直径盾构水底隧道（2008年12月28日通车）；南京长江隧道是国内首座在强渗透地层修建的超大直径盾构水底隧道（2010年5月28日通车）；京港高铁狮子洋隧道是国内首座在土压与硬岩交互地层修建的大直径水底盾构隧道（2011年12月26日通车）；武汉长江公铁隧道是国内首座在土压与硬岩交互地层修建的超大直径水底盾构隧道（2018年10月1日通车）；21世纪20年代初，中国香港屯门隧道是世界上直径最大的盾构隧道，其隧道外径达17.0米，盾构机开挖直径达17.63米。

盾构机分类方法有很多，根据向开挖面施加压力方式分类，具体有气压式、土压平衡式、泥水平衡式、多种方式组合式（泥水-土压双模式、土压-硬岩掘进机双模式、泥水-硬岩掘进机双模式等）；根据断面大小分分类，具体有巨大型盾构（Φ≥17米），超大型盾构（17米＞Φ≥14米）、大型盾构（14米＞Φ≥10米）、中型盾构（10＞Φ≥5米）、小型盾构（5米＞Φ）；根据断面形式分类，可分为圆形断面和异形断面。

主要有土层开挖、盾构推进操纵与纠偏、衬砌拼装、衬砌背后压浆等。这些工序均应及时、迅速连续进行，不可长时间停顿，以免增加地层的扰动，并波及地面、地下建（构）筑物。现代化程度较高的盾构可将某些工艺同时进行，以提高工效。随着制造水平及远距离开挖技术的发展，盾构法施工技术朝着自动化、少人化、智能化等方向发展。

盾构法施工得到广泛使用，因其具有明显的优越性：①在盾构的掩护下进行开挖和衬砌作业，有足够的施工安全性。②在地下某一深度施工不影响地面交通，在河底下施工不影响河道通航，并可承受很大的水头压力。③施工操作不受气候条件的影响。④产生的振动、噪声比较小，对环境危害较小。⑤正常施工时对地面建筑物及地下管线的影响很小。