当本菌侵入机体后，常先在入侵部的上皮细胞（如结膜、肠道和膀胱等）内增殖，并破坏细胞，继之突破机体的防备屏障进入血液而引起菌血症。并能借居于吞噬纽胞内，还能被带釗机体各部。出于李氏杆菌能产生类似溶血素的外毒素，它一方面可导致血液中坤单核细胞增多（反刍动物和马则为嗜中性白细胞增多），另一方面可使内脏发生细小坏死灶。从而引起隐性的、败血性的和子宫的李氏杆菌病。若病原菌随血液突破血脑屏障侵入脑组织，则可引起脑膜脑炎。据报道脑膜脑炎还可由下述途径引起，即病原菌随同污染的饲料经口腔黏膜的损伤侵入，继而进入三叉神经的分支，沿神经鞘或在轴突内向心性运动，上达三叉神经根，最后侵入延髓，引起脑膜炎。据Smith等( 1970)的试验证实，李氏杆菌能通过胎盘而达胎儿肝脏，在此增生、繁殖，导致胎儿死亡。
Asah1等(1957)的实验研究证实，绵羊患李氏杆菌脑膜炎时，病菌白口腔豁膜和头部伤口进入，直接或经过淋巴管到达神经外周部门，继而进人相应部位感觉神经及运动神经（多为三叉神经炎）的神经鞘，在神经鞘内繁殖，以后上达乏叉神经根，进入延髓，再大量繁殖，并在此中央部形成化脓灶而导致脑膜脑炎。
