Изобретение относится к области термообработки. Конструктивный элемент из прокаливаемой жаростойкой стали подвергают термообработке, включающей прокаливание конструктивного элемента, закалку его граничного слоя, отпуск и дополнительное низкотемпературное охлаждение, при этом прокаливание конструктивного элемента и плазменно-ионную закалку граничного слоя производят за один производственный этап путем нагрева конструктивного элемента до общей температуры закалки и диффузии TH+D выше верхней критической температуры Ас3, осуществляют выдержку при этой температуре до полной аустенизации и освобождения содержащегося углерода, а также до желаемого насыщения граничного слоя диффузионным элементом. Конструктивный элемент обладает высокой прочностью, вязкостью, большей твердостью граничного слоя и, вследствие этого, повышенным пределом усталости. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.