Через 35-40 днів після цвітіння у фазі жовтої стиглості завершується нагромадження олії в насінні. Далі відбувається фізичне випаровування води із сім'янки і настає фаза повної стиглості.

Практично встановлюють три фази стиглості за зміною кольору корзинок. Жовта - листки і кошики лимонно жовтого забарвлення, вологість кошика 85-88%, насіння - 30-40%. Бура - кошики темно бурі - вологість їх в межах 40-50%, насіння - 10-12%. Повна - вологість кошиків становить 18-20%, насіння - 7-10%.

Збирання соняшнику починають при середній вологості насіння 12-14%, коли у 80-90% рослин кошики жовто-бурі, бурі та сухі, а у 10-20% вони лише жовті. Оптимальні умови для збирання складаються за вологості насіння 9-11%

За умови, що в господарстві є сушильна техніка та велика площа посіву соняшнику, можна розпочинати збирання при вологості насіння 20-22%. Слід враховувати, що для тривалого зберігання придатне насіння з вологістю не більше 7-8%. За підвищеної вологості насіння окислюється і олія стає непридатною для харчування.

Оптимальна тривалість збирання соняшника - 5-6 днів. Якщо соняшник починають збирати у фазі повної стиглості, то на п'ятий день втрати від осипання насіння збільшуються в 2 рази, а на 15 день у 12 разів.

Тобто збирання в ранні строки призводить до збільшення витрат енергоносіїв на сушіння, а залишення соняшнику на пні до фази повної стиглості супроводжується втратами насіння. Тому для прискорення збирання і одночасного достигання посіви обробляють десикантами: баста (2 л/га), домінатор (3 л/га), гліфоган (3 л/га), реглон (2-3 л/га), раундап (3 л/га). Використовують їх при вологості насіння 25-30%. Найкраще десиканти діють при середньодобовій температурі повітря 13-14°С. При цьому рослини припиняють вегетацію, одночасно достигають, збирання прискорюється на 7-8 днів. Зменшується ураження хворобами, підвищується продуктивність комбайнів, якість і врожайність насіння, збільшується вихід олії з 1 га, зменшуються витрати енергоносіїв. Починають збирати після обробки реглоном через 5—6 днів при вологості 12-14%, коли 75-85% кошиків побуріє. При обприскуванні раундапом чи гліфоганом збирають через 11 днів.

Збирають соняшник зернозбиральними комбайнами із спеціальними пристроями (ПСП-1,5М, ПС-4, ПС-5, ПС-6, ПСП-10) і подрібнювачами стебел.