本发明公开了一种同步制备纤维素纳米晶须和纤维素纳米纤丝的方法。该制备方法包括如下步骤:通过低浓度硫酸溶液在高温下对纸浆进行水解反应,得到纤维素纳米晶须悬浊液,分离的纤维素固体残渣利用高压均质机均质制得纤维素纳米纤丝。该制备方法能充分利用纤维原料,转化率近100%,其中制备的纳米纤维素具有较高的长径比,且其起始热降解温度比传统浓硫酸法制备的纳米纤维素高100℃左右,在纳米复合材料应用方面具有极大的优势。