本发明公开了一种Ti555211钛合金的分级热处理方法，包括如下步骤：精准固溶处理：对Ti555211钛合金进行精准固溶处理，固溶温度为所述Ti555211钛合金β相转变温度附近875～900℃，固溶处理时间为20～90min；短时中温退火：中温退火温度为700～850℃，退火时间为20～60min；梯度时效处理：第一级时效处理：第一级时效温度为500～600℃，第一级时效时间为30～3600min；第二级时效处理：第二级时效温度为300～400℃，第二级时效时间为30～6000min。本发明不仅改善了Ti555211钛合金的内部组织的均匀性和稳定性，消除热处理过程中产生的热应力，而且在微观组织上可以细化二次析出相，引入位错结构，在提高钛合金强度、断裂韧性的同时维持较好的塑性。