Изобретение относится к способу обработки – обессеривания бензина, содержащего диолефины, олеины и серосодержащие соединения, включая меркаптаны. Способ включает в себя следующие стадии: a) проводят стадию демеркаптизации путем добавления по меньшей мере части меркаптанов к олефинам путем приведения в контакт бензина по меньшей мере с первым катализатором при температуре от 50 до 250°С, давлении от 0,4 до 5 МПа и с объемной скоростью жидкости (LHSV) от 0,5 до 10 ч-1, при этом первый катализатор представляет собой сульфид и содержит первый носитель, по меньшей мере один металл, выбранный из группы VIII, и по меньшей мере один металл, выбранный из группы VIb Периодической таблицы элементов, причем первый катализатор имеет следующие характеристики: носитель, состоящий из гамма-модификации оксида алюминия с удельной поверхностью, составляющей от 180 до 270 м2/г, содержание металла группы VIb, выраженное в форме оксида, составляет от 4 до 20 мас.% по отношению к общей массе катализатора, содержание металла группы VIII, выраженное в форме оксида, составляет от 3 до 15 мас.% по отношению к общей массе катализатора, молярное соотношение металла группы VIII и металла группы VIb составляет от 0,6 до 3 моль/моль; b) в дистилляционной колонне проводят фракционирование бензина, выходящего со стадии а) по меньшей мере на первую промежуточную легкую бензиновую фракцию с общим содержанием серы, которое меньше, чем в исходном бензине, и вторую промежуточную тяжелую бензиновую фракцию, содержащую большую часть исходных серосодержащих соединений; c) вводят поток водорода и по меньшей мере вторую промежуточную тяжелую бензиновую фракцию, выходящую со стадии b), в каталитическую дистилляционную колонну (14), включающую в себя по меньшей мере одну реакционную зону (15), содержащую по меньшей мере один второй катализатор в виде сульфида, содержащий второй носитель, по меньшей мере один металл группы VIII и один металл группы VIb, с содержанием металла группы VIII, выраженным в форме оксида, составляющим от 0,5 до 25 мас.% по отношению к массе катализатора, и содержанием металла группы VIb, выраженным в форме оксида, составляющим от 1,5 до 60 мас.% по отношению к массе катализатора, причем условия в каталитической дистилляционной колонне выбирают так, чтобы в присутствии водорода привести в контакт промежуточный тяжелый бензин, выходящий со стадии b), со вторым катализатором для расщепления серосодержащих соединений до H2S, при этом приведение в контакт со вторым катализатором осуществляют под давлением от 0,1 до 4 МПа и при температуре от 210 до 350°С; d) выводят из каталитической дистилляционной колонны по меньшей мере одну конечную легкую бензиновую фракцию, содержащую H2S, и обессеренную тяжелую бензиновую фракцию, причем конечную легкую бензиновую фракцию выводят в точке, расположенной над реакционной зоной, а обессеренную тяжелую бензиновую фракцию выводят в точке, расположенной под реакционной зоной.