本发明提供一种由丁烯氧化脱氢制备丁二烯的方法，该方法包括反应阶段和后处理阶段，其中：在反应阶段采用串联操作的多段绝热固定床，其中在各段绝热固定床中丁烯、含氧气和水在催化剂存在下进行反应，其中在一段绝热固定床中还单独进料为氮气和/或二氧化碳的稀释剂并控制该单独进料的稀释剂与后续各段绝热固定床段间进料的所有含氧气中的氧气的摩尔比，其中所述含氧气为空气、富氧空气或氧气，和后续各段绝热固定床段间进料的含氧气中至少有一股为具有特定氧含量的富氧空气或氧气；和在后处理阶段对多段绝热固定床最后一段的反应流出物进行后处理以分离出产物丁二烯。本发明的优点是整个过程总能耗降低。