Проведено ультразвукове ударне оброблення (УЗУО) титанового стопу ВТ6 в інертному (арґон) та хемічно активних середовищах — на повітрі за кімнатної температури й у рідкому азоті за кріогенних температур. Показано, що інтенсивна пластична деформація поверхні за умов УЗУО сприяє формуванню наноструктури (з розміром структурних елементів $\alpha$- і $\beta$-фази у 35–53 нм і 27–37 нм відповідно) та перебігу механохемічних реакцій окиснення поверхневих шарів стопу ВТ6 на повітрі за кімнатної температури та їх азотування у рідкому азоті. Методами енергодисперсійної аналізи та рентґенівської дифрактометрії зафіксовано інтенсивне насичення поверхневого шару киснем (до 60 ат.%) з утворенням оксиду TiO$_2$ (рутил) та азотом (до 25–65 ат.%) з утворенням нітридів титану TiN та Ti$_2$N. Максимальний ефект зміцнення (зростання мікротвердости у $\cong$3 рази) та підвищення зносостійкости (у $\cong$2 рази) поверхні стопу ВТ6 після УЗУО за оптимального режиму оброблення (А = 25 мкм, $\tau$ = 120 с) спостерігається в середовищі рідкого азоту. Обговорено можливі механізми окиснення й азотування поверхневих шарів за умов їх інтенсивної деформації. Показано, що застосування деформаційних метод модифікації поверхні титанових стопів є перспективним напрямом підвищення їхньої довговічности, зокрема стійкости до зношування.