Durante o curso da DVT, as plaquetas aderem e recolhem primeiro localmente no endotélio, libertando certas substâncias activas, ao mesmo tempo que provocam uma maior agregação de plaquetas. À medida que a doença progride, a acumulação de plaquetas aumenta e formam-se muitos trabéculos de plaquetas semelhantes a corais, diminuindo o fluxo sanguíneo, aumentando o número de factores de coagulação activados, aumentando a formação e deposição de fibrina, e reticulando as células sanguíneas para formar um trombo. Nas fases iniciais da trombose, apenas a origem é ligada à parede do vaso, quase flutuando e facilmente deslocada. O trombo encolhe então, espremendo o soro, e o trombo torna-se uma estrutura relativamente seca e sólida. No início o trombo só é fixado à parede do vaso pela fibrina, mas os fibroblastos endoteliais da íntima invadem rapidamente, fixando e mecanizando o trombo. Devido aos factores de coagulação activados e à trombina no soro extrudido do trombo, sob certas condições, coágulos frescos podem facilmente ser depositados na mecanização ou mesmo no trombo já mecanizado, fazendo com que o trombo se expanda e prolongue, eventualmente bloqueando o lúmen venoso. O trombo também pode estender-se retrogradamente, levando à trombose de todo o tronco venoso profundo do membro inferior. O trombo espalha-se e cresce e pode terminar a qualquer momento, ou pode continuar a desenvolver-se a jusante ou de forma retrógrada. Após trombose, trombos secundários que se expandem proximalmente e se multiplicam distalmente aderem gradualmente à parede do vaso, estimulando uma resposta inflamatória na parede da veia e na área perivenosa, depois param de se expandir, multiplicam-se e passam por uma mecanização fibroformativa. O novo tecido de granulação cresce da parede do vaso para o trombo, dissolvendo gradualmente os componentes trombóticos tais como fibrina e fragmentos de tecido, absorvendo-os e eventualmente substituindo-os por tecido conjuntivo mecanizado. A mecanização começa normalmente 1 a 2 dias após a formação e adere mais firmemente à parede do vaso em 3 a 4 dias. Os trombos maiores demoram normalmente até 2 semanas a mecanizar completamente. O trombo está tão firmemente fundido à parede do vaso que já não há qualquer risco de desalojamento. Um trombo que tenha bloqueado uma veia tem uma forte capacidade de retubulação. Durante o processo de mecanização do trombo, o trombo contrai-se, resultando num intervalo entre o trombo e a parede do vaso ou um intervalo no próprio trombo que é autolisado, que é gradualmente coberto pelo crescente endotélio para formar um ou mais lúmenes que se ligam ao vaso em ambas as extremidades, permitindo assim o retorno de parte do fluxo sanguíneo, ou seja, a re-tubulação. A retubulação extensa ocorre aproximadamente 5-12 semanas após a formação de um trombo venoso. Durante o processo de mecanização e retubulação, as válvulas venosas são danificadas e perdem a sua função normal, resultando num refluxo de sangue.