Методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа исследовано влияние исходного фазового состава титанового сплава системы Ti–Al–V–Mo (марка ВТ16) на эволюцию его структурно-фазового состояния в процессе формирования ультрамелкозернистой структуры и при последующих отжигах. Установлено, что в процессе формирования методом прессования со сменой оси деформации и постепенным понижением температуры в интервале 1073–723 К в сплаве ВТ16 наблюдаются фазовые превращения α// → α+β и β → α. Фазовое состояние сформированного ультрамелкозернистого сплава ВТ16 определяется в основном его элементным составом и режимом интенсивной пластической деформации. Показано, что в процессе дорекристаллизационных отжигов в ультрамелкозернистом сплаве ВТ16 имеют место такие процессы, как фазовое превращение β→α и перераспределение легирующих элементов, способствующие сохранению высокого уровня прочностных свойств сплава.