羊肠毒血症的病理变化主要包括急性病例和病程较长病例的不同表现。急性病例没有特征性病变，通常营养良好，死后尸体迅速腐烂。剖检可见真胃含有未消化的饲料，左心室的心内外膜下有出血点，肺腑出血和水肿，肾脏充血、肿胀，比较柔软，胸腺常发生出血，大小肠出血。病程较长病例胃内充满未消化的饲草，胃壁有黏膜脱落和溃疡，腹膜及肠浆膜下有出血斑点，肠管内充满大量气体和少量带血的液体，肠黏膜脱落和溃疡，心脏肿大，心包内有混浊积液，心内外膜有小点出血，肾脏表面充血，实质松软如泥，略加触压即烂，胆囊肿大1~3倍，胆汁较黏稠，小肠壁呈血红色，有的病例有溃疡。
病羊胸、腹腔和心包积液。心脏扩张，心肌松软，心内、外膜有出血点。肺呈紫红色，切面有血液流出。肝脏肿大，呈灰褐色半熟状，质地脆弱，被膜下有点状或带状溢血。胆囊肿大尤其小肠黏膜充血、出血，重病者整个肠壁呈血红色，或有溃疡，故有血肠子病之称。幼龄羊一侧或两侧肾脏软化，肾脏软化如稀泥样。全身淋巴结肿大，呈急性淋巴结炎，切面湿润，髓质部分呈黑褐色。