Esta levedura recuperada, antes de retornar ao processo fermentativo, recebe um tratamento severo, que consiste em diluição com água e adição de ácido sulfúrico até, normalmente, pH = 2,5, ou mais baixo (pH = 2), no caso de haver infecção bacteriana.

Esta suspensão de fermento diluído e acidificado, conhecido na prática com o nome pé-de-cuba, permanece em agitação por 1 a 3 horas, antes de retornar á dorna de fermentação.

É na fase de fermentação que os açúcares são transformados em álcool. As reações ocorrem em tanques, denominados dornas de fermentação, onde se misturam o mosto e o pé-de-cuba na proporção de 2 por 1, respectivamente. O mosto é alimentado nas dornas em um tempo entre 4 e 10 horas.

Os açúcares (sacarose) são transformados em álcool. Durante a reação, ocorre intensa liberação de gás carbônico, a solução aquece-se e ocorre a formação de alguns produtos secundários como álcoois superiores, glicerol, aldeídos etc.

O tempo de fermentação varia de 4 a 12 horas. Ao final deste período, praticamente todo o açúcar já foi consumido, com a consequente redução da liberação de gases.

Ao terminar a fermentação, o teor médio de álcool nestas dornas é de 7 a 10%, e a mistura recebe o nome de vinho fermentado.

Devido à grande quantidade de calor liberado durante o processo e à necessidade da temperatura ser mantida baixa (34°C), é preciso realizar o resfriamento do vinho, circulando água em serpentinas internas às dornas, ou em trocadores de calor, por onde o vinho é bombeado continuamente com água em contracorrente.

Actualmente, este processo de fermentação é realizado de forma descontínua ou contínua, em dornas abertas ou fechadas. Nestas últimas, procede-se à lavagem dos gases de saída para recuperação do álcool evaporado pela passagem através de uma torre e por absorção do álcool em água, que é retornada ao processo.