丙二酸酯的合成通常涉及以下步驟：
首先，丙二酸二乙酯在乙醇鈉的作用下失去α氫，形成碳負離子。這一步在乙醇中作為溶劑進行，加熱至沸騰幾分鐘即可完成。
形成的碳負離子隨後與鹵代烴反應，生成烴基取代的丙二酸二乙酯。這類反應通常是SN2反應，伯鹵代烴和烯丙型鹵代烴能得到較高產率，而仲鹵代烴產率較低，叔鹵代烴和鹵代乙烯型鹵代烴則不能順利反應。
最後，通過氫氧化鈉溶液水解、酸化並加熱脫羧，得到羧酸。這一過程釋放出二氧化碳，留下目標羧酸。
此外，丙二酸酯合成法不僅能得到與原鹵代烴相同數目的羧酸，而且還能合成比原鹵代烴多兩個碳的羧酸。如果丙二酸酯仍然含有一個活潑α氫，它還可以進一步烷基化，生成更多取代的丙二酸酯。