Методами просвечивающей электронной микроскопии, рентгеноструктурного фазового анализа, дюрометрии, испытаний механических свойств на растяжение и ударный изгиб изучено изменение структуры, фазового состава, механических свойств в высокопрочном титановом сплаве ВТ22И (Ti–3Al–5Mo–5V–1Cr–1Fe) при изотермической и термомеханической, включающей теплую прокатку и старение, обработках. Установлено, что в предварительно нагретом в β-область (Тпп + 50°С) сплаве при переносе на температуру изотермической обработки 650°С и выдержках 1, 4 мин распад β-твердого раствора идет с образованием промежуточной α"-фазы, а при выдержке 20 мин выделяется равновесная α-фаза. При этом возможно протекание процессов упорядочения β-матрицы по типу А7В, когда в качестве элемента “В” могут выступать β-стабилизаторы и алюминий, а при окончательном охлаждении в воде – образование атермической ω-фазы на начальных стадиях распада. Показано, что теплая прокатка сплава при 650°С ускоряет процессы распада метастабильного β‑твердого раствора, способствует дроблению образующихся при этом α-выделений, подавляет образование при охлаждении атермической ω-фазы по сравнению с аналогичной изотермической обработкой без деформации. Предложен режим термомеханической обработки сплава, обеспечивающий высокий комплекс механических свойств необходимый для изготовления упругих конструктивных элементов.