Изобретение относится к области металлургии, а именно к способам термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов. Способ термомеханической обработки прутков из двухфазных титановых сплавов с молибденовым эквивалентом от 3,3 до 22% включает закалку прутка и его холодную деформацию. Перед закалкой пруток подвергают горячей деформации при температуре в диапазоне от 500°C до Тпп-20°C с обеспечением аксиальной текстуры β-фазы <110> с полюсной плотностью не менее трех. Закалку прутка осуществляют с температур в диапазоне от 720°C до Тпп с последующей холодной деформацией вдоль оси прутка при температуре не выше 300°C и с относительным удлинением от 1 до 30%, где Тпп - температура полиморфного превращения сплава. Сплав характеризуется низким термическим коэффициентом линейного расширения при высоких значениях прочности и удовлетворительной пластичности.