病原菌經不同途徑侵入人體後即循淋巴管進入附近淋巴結，引起淋巴結炎症和淋巴結腫大，在局部繁殖的細菌部分被吞噬細胞消滅，部分則從淋巴結進入血循環，侵入全身各組織，其中肝、脾、淋巴結、骨髓等網狀內皮系統攝菌尤多。土拉桿菌在組織中大量生長繁殖，並釋放出內毒素，導致臨床症狀的發生。臨床症狀恢復後，還有部分患者在淋巴結或骨髓中長期帶菌。
病理變化可見局部淋巴結充血、腫脹，鏡檢可發現漿液性浸潤和淋巴組織增生，病灶中心有壞死和化膿，稱為原發潰瘍。隨著病情進展或慢性化，肝、脾和淋巴結髮生繼發性炎症，表現為結核樣肉芽腫形成。肉芽腫由上皮細胞構成，周圍有淋巴細胞、漿細胞和中性粒細胞包圍，中心往往發生壞死和化膿。但肉芽腫無出血現象，是別於鼠疫的重要標誌。
