本发明提出了一种水相硝基甲烷回收方法，是将由硫酸二甲酯与亚硝酸钠溶液发生取代反应后进行蒸馏所得馏出产物进行沉降分层，分出下层硝基甲烷粗品，所剩上层即为硝基甲烷的饱和水溶液，向硝基甲烷的饱和水溶液中加入硫酸钠、亚硝酸钠、氯化钠中的其中一种，搅拌溶解形成盐的饱和溶液，静置分层，分出下层水相，所剩上层即为硝基甲烷粗品。本发明能够较为彻底地促使水相中硝基甲烷的析出，有效回收饱和硝基甲烷的水溶液中的硝基甲烷，将硝基甲烷的回收率反由传统的返复蒸馏方式的65％左右提升至90％以上。