本发明涉及发动机技术领域，尤其涉及一种柴油机两级增压系统及增压方法，其中柴油机两级增压系统包括相互串联的低压级增压器和高压级增压器，以及控制单元，低压级增压器包括低压级压气机和低压级涡轮机，低压级压气机并联有进气旁通阀，低压级涡轮机并联有第一废气旁通阀；高压级增压器包括高压级压气机和高压级涡轮机，高压级涡轮机并联有第二废气旁通阀；控制单元能够控制进气旁通阀、第一废气旁通阀和第二废气旁通阀。本发明通过控制单元控制进气旁通阀和第一废气旁通阀的启闭，实现单级增压和两级增压的自由切换，精准控制柴油机增压压力，能够匹配柴油机全负荷运行工况，同时通过控制单元控制第二废气旁通阀的开度，实现增压压力可调。