本发明公开了一种40CrNiMo钢复相超细组织制备方法，包括以下步骤：(1)加热：将40CrNiMo钢加热至900℃～930℃，保温一定时间；(2)循环淬火：将保温后的40CrNiMo钢快速水冷至室温，然后在液氮中继续冷却10～30min，随后再加热至900℃～930℃，保温3～5min，进行该步骤3～5次；(3)快速淬火：将高温状态的40CrNiMo钢快速冷却到低于马氏体转变开始温度，保温一定时间；(4)回火：随后在400℃～450℃保温一定时间；(5)冷却到室温。本发明充分利用40CrNiMo钢成分和初始状态，借助于热处理工艺参数的巧妙设计，将复相超细微观组织引入到40CrNiMo钢的制备中，进而提高40CrNiMo钢的强塑性。