O aço ferramenta AISI H13 é empregado em larga escala em matrizes para trabalhos a quente e em moldes de injeção e extrusão para processos industriais em ambientes agressivos devido a sua elevada resistência mecânica e estabilidade térmica, entretanto quando submetido a condições severas de operação, apresenta degradação superficial que reduz sua vida útil. Desse modo, este trabalho teve como objetivo investigar a influência do tratamento duplex, composto pela nitretação convencional seguida pela etapa de deposição em gaiola catódica de titânio e nióbio, nas propriedades superficiais, mecânicas e tribológicas do aço AISI H13, avaliando o efeito da temperatura de processamento (400 °C e 450 °C) e do material da gaiola. As amostras de aço H13 foram avaliadas por MEV, EDS, microdureza Vickers, ensaio de adesão Rockwell-C através da Norma VDI 3198, rugosidade, teste de desgaste pino-sobre- disco, análise das trilhas de desgaste e coeficiente de atrito. Os resultados mostraram que a nitretação convencional promoveu aumento significativo da espessura e da dureza da camada com a elevação da temperatura, enquanto nos tratamentos duplex o crescimento dos filmes foi mais moderado, em função do equilíbrio entre os mecanismos de difusão e deposição do material da gaiola. O EDS confirmou a deposição de Ti e Nb e a formação de filmes nitretados contínuos sobre a superfície do aço. As amostras tratadas com gaiola de titânio apresentaram elevados valores de microdureza, enquanto o sistema com gaiola de nióbio, sobretudo na condição DPNb400, exibiu o melhor desempenho tribológico, com menor perda mássica durante o ensaio de desgaste. A análise das trilhas de desgaste revelou a redução da largura e das marcas de desgaste nas amostras submetidas ao tratamento duplex, indicando menor remoção de material e maior estabilidade superficial quando comparadas às amostras sem tratamento e com nitretação convencional. Os resultados do coeficiente de atrito evidenciaram comportamento mais estável ao longo do ensaio para as amostras duplex, demonstrando a atuação dos filmes como barreira protetora contra os mecanismos de desgaste adesivo e abrasivo. De modo geral, o tratamento duplex mostrou-se eficiente na melhoria das propriedades do aço AISI H13, sendo o controle da temperatura e a escolha do material da gaiola fatores determinantes para a otimização do desempenho mecânico e tribológico.