一种预处理匹配换向大变形细化钛合金微观组织的方法，包括：将钛合金棒料放入真空热处理炉中，随炉升温至相变点以上40～60℃并保温，随炉冷却至相变点以下60～90℃，继续保温，随炉冷却至室温取出钛合金棒料，得到微观组织为片层组织的钛合金棒料；将钛合金棒料放于箱式炉中加热到相变点以下50～60℃并保温，待保温结束后迅速将钛合金棒料转移至精锻机上进行多次旋转快锻处理，空冷处理得到经过预处理的钛合金棒料；将钛合金棒料加热至相变点以下40～60℃，保温后对试样进行压缩，变形结束后立即水冷至室温以完成钛合金棒料的换向大变形。本发明能够有效实现钛合金微观组织的细化并提升组织均匀性，且操作简单、工艺稳定性高。