在幼虫生长的末期，体色逐渐变淡，最后停止取食，这种幼虫称为老熟幼虫。老熟幼虫会离开其取食的寄主植物选择其他较隐蔽而空旷的场所化蛹。蝶类的化蛹方式常因种类而有不同，有的种类下行至寄主植物附近的草丛土表下，作成极薄的土室，而在其中化蛹。有的吐丝，缀叶作巢，躲在巢内取食并化蛹。还有的像蛾类一样，吐丝作成薄茧而化蛹其中。选好地点后，幼虫静伏，虫体显著缩短，体表颜色变浅，先吐丝作垫，以腹部的尾足上的趾钩挂着丝垫，以免下堕，然后抑头后弯，反复来回吐丝胶成一粗线，围绕中腰，而后化蛹不致翻倒，故称缢蛹；还有一种，老熟幼虫在吐丝作垫之后，即用尾足钩着其上，而将体躯倒悬下来，为悬蛹，这个阶段称为前蛹或预蛹。此时虫体缩短，消化道被清空，表皮颜色变浅，内部变化极为剧烈，幼虫器官离解，最后一次脱去表皮后，蝴蝶的个体发育进入第三个时期——蛹。
实际上，蛹的构造在前蛹后期即已形成，只是在幼虫最后一次脱皮后才显现出来。此时的幼虫构造仅剩下一张表皮，随即表皮沿胸部背中线裂开，内部蛹体不断伸缩，将旧皮层迅速推至腹部末端，臀棘钩着丝垫，特定的蛹体形状在数分钟后即可形成，此时的蛹称为真蛹。
蝴蝶的蛹为“被蛹”，即其触角、双翅和胸足都被包在一个坚硬的蛹壳中，不能自由活动，只有第4～6腹节能活动。这个蛹壳是幼虫最后一次脱皮后分泌的黏液硬化而成。蛹体常呈梭形，末端有许多小钩，称为臀棘或尾棘，用以悬挂或攀附在幼虫化蛹前分泌的丝垫上。从外表上可以分辨出复眼、触角和双翅的位置。缢蛹常见于凤蝶科和粉蝶科的种类，蛹体除以腹末的臀棘附着在丝垫上，另有一细丝在其中部背面将蛹体和其他物体联系在一起。悬蛹则主要见于斑蝶科、环蝶科、眼蝶科和蛱蝶科和珍蝶科种类中。幼虫在植物枝叶或其他物体下方制造一块丝垫，蛹的臀棘就与这块丝垫相连，整个蛹体呈倒挂状态。与幼虫一样，蛹体也分为头部、胸部和腹部3个体段。蛹的颜色同种蝴蝶、同时化的蛹颜色有所变化，如碧凤蝶、金凤蝶、玉带凤蝶等、达摩凤蝶、美凤蝶的蛹大致可分为绿色型和褐色型两类，造成这种变化的机制还不太清楚，可能与化蛹场所的背景色有关，背景多为叶的，大多呈绿色，背景为枝的，大多呈褐色。一般认为，蝴蝶蛹的形态和颜色是蝴蝶为适应环境而进化形成的。而有些斑蝶的蛹在后期常出现金斑，有人就称为“金蛹”。
蝴蝶在蛹期到底发生了什么？蛹是幼虫向成虫过渡的一个相对静止的虫态。尽管表面静止，看上去毫无活力，但蛹的内部进行着复杂的组织离解和重建，最后完成成虫器官的组建。这个过程需要约7-14天的时间。这个潜移默化过程最终导致“化蝶”那戏剧性的一幕发生。成虫的许多特征，如翅膀、复眼、喙管、触角，甚至体节，在逐渐形成，且都能在蛹壳上见到。在蛹的发育过程中，幼虫组织离解，伴随成虫器官的逐渐形成，两个过程同时发生，渐变取代。背血管、中枢神经系统以及气管系统等对生命有重大作用的构造，大部分不经过组织离解彻底被破坏，而直接加入成虫相应构造的组建。而像皮细胞层、消化器官、部分肌肉及腺体等相对次要的器官常需重新形成。这些需要改变或重新形成的器官早在幼虫体内就已经存在着它们的器官芽，只是这些器官芽仅为各相应部位上的一堆细胞，由它们分裂和分化再形成成虫的新的相应器官。组织的离解主要通过吞噬细胞的吞噬作用及自动离解而进行，离解后溶于血液中的物质大多成为组建成虫器官的营养物质。成虫的结构在蛹壳内发育完成，临近羽化时，蛹壳变得几乎透明。
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