Досліджено мікротвердість $HV$ та структурно-фазовий стан аустенітної сталі 12Х18Н10Т після інтенсивної пластичної деформації за допомогою ультразвукового ударного оброблення (УЗУО) впродовж різного часу та у різних середовищах, а саме, на повітрі, у газі арґоні та у рідкому азоті. Показано, що еволюція мікротвердости поверхні з часом має циклічний характер (зміцнення/знеміцнення) за умов УЗУО на повітрі, параболічний — при обробленні в газі арґоні та сигмоподібний — за умов кріогенного УЗУО (в рідкому азоті). Особливістю мікроструктури сталі після УЗУО на повітрі та в арґоні є формування нетипових комірчастих структур з розміром комірок у 200–700 нм, що забезпечує величину $HV \cong$ 4 ГПа. Максимальні значення мікротвердости поверхні сталі 12Х18Н10Т ($HV$ = 5–5,66 ГПа) одержано після кріогенного УЗУО, що зумовлено формуванням максимальної з досліджених випадків об’ємної частки $\alpha$ʹ-мартенситу ($\cong$ 53%), нанорозмірами зерен $\alpha$ʹ-мартенситу (24 нм) та аустеніту (45 нм) і наявністю нанодвійників (60–120 нм). Крім низької енергії дефектів пакування ($\cong$ 30 мДж/м$^{2}$), це зумовлено високою швидкістю деформації ($\cong$ 10$^{3}$) та кріогенними температурами (77 К). Значення параметра Зенера–Холомона за умов УЗУО в рідкому азоті складає ln$Z$ = 26, тоді як за кімнатної температури на повітрі та в арґоні — 15 і 17 відповідно.