真空淬火后的零件有的采用低温井式炉、 硝盐炉和油炉等进行低温或高温回火，这样会失去真空淬火的优越性，因此部分零件为了将真空淬火后的优势(不氧化、不脱碳、表面光泽、无腐蚀污染等)保持下来，常采用真空回火，而不再加工的多次高温回火的精密零件更是如此。

W6Mo5Cr4V2和SKH55 ( 近似于W6Mo5Cr4V2)钢制的尺寸为φ8mm x 130mm的试样进行1210°C高温淬火，在560°Cx3次高温回火后，与同工艺参数的盐浴淬火、回火的硬度水平相当，但真空回火后的静弯曲破断功( 破断载荷与形变量的乘积)却明显提高了。其中，一种是在真空回火炉或真空淬火炉内充入N2进行回火:另一种是在1.3Pa下进行回火。需要注意的是，要确保零件的回火充分、必须延长零件的回火时间，通常为空气炉的2~3倍。

在工模具进行二次、三次回火时，有时可与560~570°C的软氮化、离子渗氮工艺处理结合起来，可使工件表面形成几微米到十几微米的氮碳化合物层，赋予工件表面高的耐蚀性能、硬度和耐磨性。铝挤压模在真空淬火后进行软氮化回火，则比常规工艺淬火及盐浴软氮化处理的寿命提高3倍。