Изотермическое мартенситное превращение в инструментальных сталях X153CrMoV12 и X220CrMoV13-4 и карбидообразование при последующем отпуске изучено с помощью мёссбауэровской спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, механической спектроскопии и трансмиссионной электронной микроскопии. Установлено, что мартенситное превращение сопровождается пластической деформацией, что обусловлено отсутствием старения мартенсита, сформированного при низких температурах. Аномально низкая тетрагональность изотермического мартенсита объяснена захватом атомов углерода движущимися дислокациями. Пластическая деформация в процессе мартенситного превращения следующим образом изменяет последовательность карбидных реакций при отпуске мартенсита: 1) отсутствует выделение промежуточного $\varepsilon$ ($\varepsilon^{'}$) карбида; 2) задерживается выделение и рост цементитных частиц; 3) задерживается или полностью предотвращается выделение специальных карбидов. На основании полученных результатов предложен оптимальный температурно-временной режим глубокой криогенной обработки инструментальных сталей и сделано предположение о деформационно-стимулированном выделении специальных карбидов при эксплуатации стального инструмента как причине его повышенной износостойкости.