Исследована микротвёрдость $HV$ и структурно-фазовое состояние аустенитной стали 12Х18Н10Т после интенсивной пластической деформации с помощью ультразвуковой ударной обработки (УЗУО) в течение разного времени и в разных средах (температурах), а именно, на воздухе, в газе аргоне и в жидком азоте. Показано, что эволюция микротвёрдости поверхности со временем (степенью деформации поверхностного слоя) имеет циклический характер (упрочнение/разупрочнение) в условиях УЗУО на воздухе, параболический — при обработке в газе аргоне и сигмоидальный — в условиях криогенной УЗУО (в жидком азоте). Особенностью микроструктуры стали после УЗУО на воздухе и в аргоне является формирование нетипичных ячеистых структур с размером ячеек в 200–700 нм, что обеспечивает величину $HV \cong$ 4 ГПа. Максимальные значения микротвёрдости поверхности стали 12Х18Н10Т ($HV$ = 5–5,66 ГПа) получены после криогенной УЗУО, что обусловлено формированием максимальной из исследованных случаев объёмной долей $\alpha$ʹ-мартенсита ($\cong$ 53%), наноразмерами зёрен $\alpha$ʹ-мартенсита (24 нм) и аустенита (45 нм) и наличием нанодвойников (60–120 нм). Кроме низкой энергии дефектов упаковки ($\cong$ 30 МДж/м$^{2}$), это обусловлено и использованными условиями УЗУО (высокая скорость деформации ($\cong$ 10$^{3}$) и криогенные температуры (77 К)), которые определяют параметр Зенера–Холомона ln$Z$ = 26 — иной по сравнению с УЗУО на воздухе и в аргоне при комнатной температуре (15 и 17 соответственно).