В даній статті, для поліпшення мікрорельєфу та структури поверхневого шару інструментальної сталі, запропоновано комбінований спосіб лазерного термозміцнення та наступного ультразвукового деформаційного зміцнення і оздоблювання. Приведені результати експериментальних досліджень формування мікрорельєфу на поверхні, а також закономірності зміни структури та мікротвердості поверхневого шару інструментальної сталі У8 з використанням СО2 лазера та однобойкового ультразвукового наконечника. Встановлено вплив технологічних режимів лазерної термообробки (потужність лазерного променя і швидкість обробки) на структуру, мікротвердість та розміри зони термічного впливу. Показано, що мікротвердість приповерхневих шарів підвищилася більше чим в 3.5 рази при лазерній термообробці, а при ультразвуковій деформаційній обробці на 30…40% в порівнянні з вихідним станом. Використання комбінованого термодеформаційного способу зміцнення та оздоблювання забезпечило поліпшення в 2 рази шорсткості та підвищення в 4.5 рази мікротвердості поверхневого шару у порівнянні з необробленою поверхнею, що дозволить підвищити зносостійкість робочих поверхонь інструментів.