Изобретение относится к нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности и может быть использовано для переработки тяжелого углеводородного сырья. Изобретение касается способа переработки тяжелого углеводородного сырья, включающего предварительный нагрев сырья в теплообменниках, последующее смешение с рециркулятом, разделение полученной смеси на углеводородные пары, которые направляют на фракционирование, и содержащую элементную серу остаточную фракцию, которую направляют на нагрев в трубчатой печи до 435°С и последующий термолиз в реакторе двухфазного крекинга с отделением остатка термолиза и паров термолиза, пары термолиза направляют на фракционирование с выделением сероводородсодержащего углеводородного газа, жидких светлых фракций и остатка тяжелой дистиллятной фракции, кроме того, сероводородсодержащий углеводородный газ, выделенный из паров термолиза, окисляют кислородом воздуха в присутствии катализатора до элементной серы, которую конденсируют, а полученный углеводородный газ, содержащий остаточные пары и аэрозоль серы, подвергают абсорбции жидкими светлыми фракциями с отделением топливного газа и раствора серы в жидких светлых фракциях, который в качестве рециркулята смешивают с предварительно нагретым сырьем. Технический результат - повышение выхода жидких светлых фракций, снижение коксообразования. 1 табл., 1 ил.