芝麻进入开花结蒴期生长最迅速，此时营养生长和生长生长同时并进，也是需肥高峰期，此期吸收的营养物质占整个生育期间的70%~80%。实践证明，追施花肥可增产30%以上。花肥以施用化肥较为方便，也可施用腐熟的饼肥、粪肥、厩肥等。条播时应在行中间开沟条施或点施，施入10厘米左右土层中，以利根的吸收，施后覆土，清除田间杂草。在撒播情况下，除腐熟的饼肥或颗粒状尿素可掺土撒施，随即中耕松土掩肥外，其它各种化肥都应该开穴点施，切忌撒施，以防肥料粘附在芝麻叶片茸毛上，引起烧苗。天气干旱时，施后灌水，才能充分发挥肥效。一般每亩用尿素5~8公斤。
另外，在芝麻始花到盛花期，还应叶面喷肥。芝麻茎杆直立，叶片宽阔，茎、叶、花上茸毛密生，接收和附着肥液能力较强，叶面喷肥成本低、工效高、水肥同补效果好，喷肥还可与防治病虫相结合。据试验，在花期喷施两次磷酸二氢钾溶液，千粒重平均增加0.09克，增产率为19%。喷施二次即在初花期喷施1次，隔5~7天后喷施第二次，一般每亩用磷酸二氢钾200~250克，兑水50~62.5公斤稀释后喷于叶片正反面，应选择阴天或晴天傍晚进行，避免喷肥时受高温和干热风的干扰，减少营养液水分的蒸发，更有利于叶片对营养的吸收。