病變早期呈條紋狀、黃白色、稍凸出于內膜表面，寬1～2mm，長數厘米不等，也可呈點狀。以后點狀逐漸融合、增大成斑塊，向血管腔內凸出，大小不等，形成不一。斑塊內有大量脂質的巨噬細胞、膽固醇、膽固醇脂、磷脂、甘油三酯、糖蛋白鈣鹽等沉積，伴有血細胞碎片。平滑肌細胞和彈力纖維細胞大量增殖，內膜、內膜下層及中層增厚，外膜可有纖維化、鈣化，內膜凸出于管腔使管腔變為狹窄。粥樣硬化斑塊表面可破潰形成潰瘍，出血，血栓形成，導致血管腔部分或完全阻塞，使所供區域血流減少或中斷。不同于非糖尿病患者的是有較多PAS陽性的糖蛋白沉積伴有微血管病變。
下肢動脈發生粥樣變化后，血管管腔逐漸變為狹窄，使患肢組織供血障礙，呈缺血表現。動脈粥樣硬化血管閉塞時間愈長，肢體缺血愈重，緩慢進行性的動脈閉塞，可見到側支循環形成。但如動脈腔內血栓或斑塊脫落，可引起急性動脈栓塞，使栓塞遠端缺血更為嚴重，可引起遠端肢體潰瘍和壞疽。
肢體缺血可分為功能性缺血和慢性臨界性肢體缺血。功能性缺血是指在休息狀態下，血流尚可通過部分通暢的血管，保證肢體血供，使隨著肢體的運動，血流不能增加，臨床上表現為間歇性跛行。慢性臨界肢體缺血是指病人發生肢體靜息痛超過2周，需服用止痛劑。踝部動脈收縮壓≤50mmHg，或伴有足趾潰瘍及壞疽。間歇性跛行是由于作功的肌肉群表現疼痛，而缺血性靜息痛不表現肌肉群，而是足趾或跖骨頭的疼痛。