本发明公开了属于化学反应工程技术领域的一种微填充床内加氢反应装置及其进行加氢反应的方法。该方法首先通过微混合器将氢气分散到含待加氢底物的溶液中，得到含微米级气泡的气液混合流体，然后使气液混合流体通过装填加氢催化剂的微填充床完成加氢过程。该方法利用了微反应器混合高效和优异的传质传热性能，强化了加氢反应过程中的气液和液固传质，显著提高了反应器的移热能力，并能显著减小加氢反应器体积，本发明具有加氢效率高、安全可控、易放大的优点，可广泛应用于石油石化、精细化工、医药、环境、食品等众多技术领域。