Входными воротами являются поврежденная кожа, слизистые оболочки рта, носа, глаз, ЖКТ. Лимфогенным путем лептоспиры попадают в регионарные лимфоузлы, затем гемато- генно (первичная лептоспиремия) разносятся в различные ткани и органы (преимущественно печень, селезенку, почки), где происходит размножение и накопление возбудителей. Повторное проникновение лептоспир и их токсинов в кровь соответствует началу клинических проявлений болезни.
Токсины и продукты метаболизма действуют на стенку капилляров, повышая их проницаемость. Генерализованный капилляротоксикоз приводит к развитию геморрагического синдрома. Кровоизлияния в надпочечники вызывают острую надпочечниковую недостаточность. Желтуха при лептоспирозе обусловлена отеком, деструктивно-некротическими изменениями паренхимы печеночной ткани и гемолизом эритроцитов (за счет действия гемолизина). В почках происходит повреждение эпителия почечных канальцев, коркового и подкоркового вещества, что сопровождается нарушением мочеобразования вплоть до ОПН. Лептоспиры могут длительное время сохраняться в почечной ткани. Возможно поражение мозговых оболочек с развитием менингита.