延长过程是指起始过程完成后，σ亚基离开转录起始复合物，只剩下核心酶连同5′－pppGpN－OH－3′继续结合于DNA模板上，并持续向下游移动催化后续所有NTP聚合生成新生RNA链的过程。
实验发现σ亚基若不脱落，RNA pol则停留在起始位置而不进入延长阶段。测定原核细胞中RNA pol各亚基比例，发现σ亚基的含量比核心酶少，各亚基的比例为α∶β∶β′∶σ＝4 000∶2 000∶2 000∶600。体外RNA合成实验也证实RNA的生成量与核心酶的加入量成正比，说明一旦转录开始后，产物量与σ亚基的量无关。而脱落后的σ亚基可循环使用，与其他核心酶再形成另一全酶，开始另一次转录起始过程。
延长过程中，核心酶沿着DNA模板向下游移动，在起始复合物上形成的二核苷酸3′－OH上按模板的指引加入第3个NTP，由酶催化生成第2个磷酸二酯键，并脱下1分子焦磷酸，然后在三核苷酸3′－OH上加入第4个NTP，此过程不断重复，直至完成整条RNA链的合成，进入终止阶段。因此，RNA的合成方向是5′→3′。
RNA pol分子较大，可覆盖40bp以上的DNA片段，但转录解链范围约17bp。在此范围内，产物RNA和模板链配对形成长约8bp的RNA/DNA杂化双链（hybrid duplex）。延长过程中，已完成转录的DNA模板解开杂化双链，与自身的编码链重新形成双链，下游则不断解开双链。因此，在RNA pol的前方DNA形成正超螺旋，而后方则形成负超螺旋，外观上就像一个空泡在DNA模板上移动，而RNA pol－DNA－RNA形成的转录复合物也被称为转录空泡（transcription bubble）（图10－7）。
图10－7 RNA－pol－DNA－RNA转录复合物（转录空泡）
转录空泡上，转录产物3′－端的一小段结合在模板链上，随着RNA链不断生长，5′－端离开模板链向空泡外伸展。
转录中的碱基配对与复制有所不同，G和C配对，但与模板上的A配对的是U而不是T。核酸的碱基之间有3种配对方式，其稳定性是： G≡C＞ A=T＞ A=U。
GC配对有3个氢键，是最稳定的。AT配对只在DNA双链形成。AU配对可在RNA分子或DNA/RNA杂化双链上形成，是3种配对中稳定性最低的。因此，化学结构上DNA/DNA双链的结构，比DNA/RNA形成的杂化双链更稳定，一般已转录完毕的局部DNA编码链会取代RNA链复性成双螺旋，而RNA链则被排除出空泡。
在电子显微镜下观察原核生物的转录，可看到羽毛状的图形（图10－8）。这是因为在同一DNA模板上，有多个转录同时在进行，而先合成的RNA链上已经开始翻译合成蛋白质了。在RNA链上观察到的小黑点是多核糖体（polysome），即一条mRNA链上结合了多个核糖体，正在进行下一步的翻译工序，可见转录与翻译可以同时进行，所以原核生物的基因表达是高效率的。
图10－8 原核生物转录过程中的共翻译现象
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