A colheita é uma das etapas mais importantes para o rendimento final do sistema produtivo do gergelim, pois perdas de sementes de 50%, ou mais, podem ocorrer em decorrência da abertura dos frutos depois da maturação completa. Além disso, a qualidade das sementes também pode ser afetada caso haja chuvas nos frutos abertos. A colheita do gergelim deve ser programada para a época de estiagem, coincidindo com o ciclo da cultivar que, na maioria das vezes, é de 90 a 110 dias.

Indicadores de colheita a operação de colheita deve ser feita assim que as hastes, as folhas e os frutos atinjam o amarelecimento completo, e antes que os frutos estejam totalmente abertos. Em cultivares deiscentes, os frutos da base abrem-se mais cedo, o que indica o momento exato para iniciar a colheita. Normalmente, a colheita do gergelim é feita de forma manual, com um rendimento de 0,2 ha/h a 0,3 ha/h, por homem. As plantas devem ser cortadas na base, a uma distância de 20 cm do solo, e amarradas com barbante, cipó ou embira, em feixes pequenos de 30 cm de diâmetro, que são empilhados no campo em forma de meda ou encostados em cercas, com os ápices voltados para cima, para a secagem ao sol, durante 10 dias, aproximadamente. Quando as hastes estiverem secas, será feita a batedura para separar as sementes dos frutos. Por ser essa a etapa mais trabalhosa, representa cerca de 60% a 70% do custo total de produção.

Batedura, limpeza e ventilação a batedura deve ser feita sobre uma lona ou um pano de algodão, a fim de facilitar a coleta das sementes, a limpeza e a ventilação, bem como a exposição ao sol, para completar a secagem. Para a batedura, pode-se usar um pedaço de madeira ou bater plantas contra outras. Para a limpeza e a ventilação, normalmente são utilizadas duas peneiras: uma de malha grossa, para pré-limpeza, que deixa passar o gergelim e retém os restos culturais, e uma segunda de malha fina, para remoção de materiais bem pequenos. A maturação do gergelim não é uniforme porque os frutos da planta apresentam idades diferentes, afetando a eficiência do processo de colheita. Dependendo da cultivar, são necessárias até três bateduras para soltar todas as sementes.

No Estado de Goiás, onde o gergelim vem sendo cultivado em grande escala, produtores efetuaram a adaptação para a colheita mecânica parcial, em que as plantas são cortadas manualmente e deixadas para secar no campo, em forma de feixes; em seguida, é efetuado o batimento das plantas por meio de uma colheitadeira de cereal adaptada. As adaptações consistem na feitura de uma plataforma totalmente em chapa, para o recebimento das plantas do gergelim. Da plataforma, as plantas são direcionadas para a boca de alimentação da máquina, que as conduz, por meio de correias alimentadoras, até o cilindro batedor e côncavo. A rotação do cilindro batedor deve ser ajustada para a cultura do gergelim. A seguir, o material batido passa por peneiras, que devem ser específicas para sementes miúdas, para separar estas do restante da planta. Uma vez limpas as sementes, estas são conduzidas ao depósito da máquina, para posteriormente serem descarregadas em sacos de polipropileno.