临床诊断基于触诊发现增大的淋巴结(腮、肩前、股前)。在疑有本病的牛只，直肠检查具有重要意义，尤其在病的初期，触诊骨盆腔和腹腔的器官可以发现白血组织增生的变化，常在表现淋巴结增大之前。具有特别诊断意义的是腹股沟和髂淋巴结的增大。对感染淋巴结作活组织检查，发现有成淋巴细胞(瘤细胞)，可以证明有肿瘤的存在。尸体剖检可以见到特征的肿瘤病变，最好采取组织样品(包括右心房、肝、脾、肾和淋巴结)作显微镜检查以确定诊断。根据牛白血病病毒能激发特异抗体反应的观察，已创立了用gp51、P24作为抗原的许多血清学试验，包括琼脂扩散、补体结合、中和试验、间接免疫荧光技术、酶联免疫吸附试验等，一般认为这些试验都比较特异，可用于本病的诊断。