Досліджено структурно-фазовий стан і мікротвердість $HV$ поверхневого шару двофазної латуні ЛС59-1 після різних режимів високочастотного ударного оброблення за допомогою ультразвуку (УЗУО) в середовищі рідкого азоту. Показано, що зміна механічних властивостей і структурно-фазового стану поверхневого шару із зростанням часу оброблення має двостадійний характер: перша стадія стрімкого зміцнення (у $\sim$2 рази) тривалістю $\sim$20 с, обумовленого структурно-фазовими перебудовами, змінюється стадією насичення відповідних характеристик. Основними чинниками зміцнення є накопичення дислокацій у плоских скупченнях, формування мікродвійників і зсувних смуг з високою густиною дислокацій в них, які забезпечують диспергування зеренної структури і зменшення розміру областей когерентного розсіювання більше, ніж у 10 разів. Виявлено зміни фазового і хімічного складу, а також формування напружень стиснення та переорієнтація зерен у ньому, які забезпечують додаткове зміцнення поверхневого шару після кріо-УЗУО.