本发明属于高温合金热处理技术领域，具体涉及一种消除沉淀硬化型高温合金锻件双重晶粒的热处理方法。本发明将高温合金锻件升温至第一温度进行第一保温，冷却后得到预处理锻件；将所述预处理锻件升温至第二温度进行第二保温，冷却后得到固溶处理锻件；将所述固溶处理锻件升温至第三温度进行第三保温，然后降温至第四温度进行第四保温，冷却后得到时效处理锻件。本发明提供的热处理方法通过预处理将基体组织均匀化后再进行固溶处理和时效处理，从而消除沉淀硬化型高温合金锻件的双重晶粒，将不同尺寸、不同分布形态的晶粒的晶粒度之差控制在3级之内，提高了锻件冲击性能、高温持久性能，大幅提高了产品质量。