本申请涉及一种两级增压发动机的分级式双循环冷却系统，属于汽车发动机技术领域，包括：发动机，该发动机上设有与进气歧管连接的进气管路，以及与排气歧管连接的排气管路；高压级增压器，其包括与排气管路连通的高压级涡轮机和高压级压气机；低压级增压器，其包括与高压级涡轮机连通的低压级涡轮机和低压级压气机；进气中冷器，其与高压级压气机连通；级间中冷器，其与低压级压气机连通，级间中冷器将低压级压气机的压缩气体冷却后输入进气中冷器。本申请将低压级压气机排出的压缩气体依次经过级间中冷器和进气中冷器进行冷却，然后再进入高压级压气机再次压缩后经进气中冷器进行二次冷却，极大地降低了发动机进气温度。