本发明涉及一种改善1500MPa级钛合金韧性的热处理工艺，包括以下步骤：将钛合金锻件加热至第一设定温度后以第一设定时间进行保温；将钛合金锻件冷却至第二设定温度后加热至第三设定温度并以第二设定时间进行保温；将以第二设定时间保温后的钛合金锻件出炉冷却至室温；将冷却后的钛合金锻件加热至第四设定温度后并以第三设定时间进行保温；将以第三设定时间保温后的钛合金锻件出炉冷却至室温；其中，第一加热温度T1为Tβ‑30℃≤T1≤Tβ‑10℃，第三加热温度T3为Tβ‑60℃≤T3≤Tβ‑30℃，Tβ为钛合金β相转变温度。该改善1500MPa级钛合金韧性的热处理工艺的目的是解决1500MPa级钛合金韧性不足的问题。