Следующим важным этапом изготовления меча является термообработка лезвия для упрочнения режущей кромки, в результате которой на поверхности меча появляется узор хамон, специфический именно для японских мечей. До половины заготовок в руках среднего кузнеца так и не становятся настоящими мечами в результате неудавшейся закалки.

Для термообработки клинок покрывается неравномерным слоем термостойкой пасты — смеси из глины, золы и каменной пудры. Точный состав пасты держался мастером в секрете. Тонким слоем покрывалось лезвие, наиболее толстый слой пасты наносился на среднюю по ширине часть клинка, где закалка была нежелательна. Жидкая смесь разравнивалась и после высыхания царапалась в определённом порядке в области ближе к лезвию, благодаря чему подготавливался рисунок узора хамон. Клинок с засохшей пастой нагревают равномерно вдоль длины до ок. 770 °C (контролируется по цвету раскалённого металла), затем погружают в емкость с водой лезвием вниз. Резкое охлаждение меняет структуру металла около лезвия, где толщина металла и термозащитной пасты наименьшие. Затем клинок повторно нагревается до 160 °C и снова охлаждается. Данная процедура помогает снизить напряжения в металле, возникшие при закалке.

Закалённая область лезвия имеет почти белый оттенок по сравнению с остальной более тёмной серо-голубоватой поверхностью клинка. Граница между ними чётко видна в виде узорной линии хамон, который представляет собой вкрапления блестящих кристалликов мартенсита в железо. В древности хамон выглядел как прямая линия вдоль клинка, в период Камакура линия стала волнистой, с причудливыми завитушками и поперечными черточками. Считается, что кроме эстетичного внешнего вида, волнистая неоднородная линия хамона позволяет клинку лучше противостоять ударным нагрузкам, демпфируя резкие напряжения в металле.

При соблюдении процедуры как показатель качества закалки обух клинка приобретает белёсый оттенок, уцури (букв. отражение). Уцури напоминает хамон, но его появление является не следствием образования мартенсита, а оптическим эффектом в результате слабого изменения структуры металла в этой зоне по сравнению с близлежащим телом клинка. Уцури не является обязательным атрибутом качественного меча, но свидетельствует об успешно проведённой термообработке для некоторых технологий.

При нагреве лезвия в процессе закалки до температуры более 770° его поверхность приобретает насыщенность оттенков и богатство деталей узора. Однако при этом может пострадать прочность меча. Совместить боевые качества меча с роскошным оформлением поверхности металла удалось только кузнецам провинции Сагами в период Камакура, высококачественные мечи других школ отличаются скорее строгой манерой оформления клинка.

Окончательную доводку меча осуществляет уже не кузнец, а ремесленник-полировщик, мастерство которого также высоко ценилось. Используя серию полировальных камней разной зернистости и воду, полировщик доводил клинок до идеального состояния, после чего кузнец выбивал своё имя и другие сведения на неотшлифованном хвостовике. Меч считался готовым, остальные операции по креплению рукояти (цуки), гарды (цубы), нанесению украшений относились к разряду вспомогательных процедур, не требовавших магического мастерства.