Изобретение относится к области термической обработки. Для предотвращения деформации стального элемента и сокращения длительности его обработки способ включает стадию цементации а1 при пониженном давлении - науглерживание стального элемента в науглероживающем газе при пониженном давлении, стадию охлаждения а2 при пониженном давлении - охлаждение стального элемента после стадии цементации а1 при пониженном давлении в охлаждающем газе, давление которого снижают до уровня ниже атмосферного давления, и стадию закалки а3 - нагрев нужной части охлажденного стального элемента с использованием энергии высокой плотности. Стадию охлаждения при пониженном давлении предпочтительно осуществляют при перемешивании охлаждающего газа при условии, что давление охлаждающего газа снижают до уровня ниже атмосферного давления. Стадию охлаждения при пониженном давлении предпочтительно осуществляют, по меньшей мере, начиная с момента, до которого начинается структурное превращение стального элемента из-за охлаждения, до момента полного завершения структурного превращения. Давление охлаждающего газа во время стадии охлаждения при пониженном давлении составляет от 0,1 до 0,65 бар. 3 н. и 26 з.п. ф-лы, 32 ил.