В организм лептоспиры проникают через слизистые оболочки носа, рта пищевода (но не желудка, где они обычно погибают), глаз, а также через микротравмы кожных покровов; чаще наблюдают комбинированное заражение (через слизистые оболочки и кожу). Продвигаясь по лимфатическим путям лептоспиры обычно не вызывают развития лимфаденитов (исключая случаи японской семидневной лихорадки с характерным увеличением регионарных лимфатических узлов). Затем возбудитель проникает в кровь и циркулирует в ней, генерализованная лептоспиремия продолжается 4-5 суток со дня заражения и сопровождается избирательной концентрацией возбудителя в почках и печени (5-6 суток). Соответственно, гепаторенальные поражения характерны для всех лептоспирозов и особенно для болезни Васильева-Beйля. Начиная со 2 недель, возбудитель депонируется преимущественно в извитых канальцах почек и исчезает из крови и других тканей
Поражения печени обусловлены как механическим повреждением гепатоцитов активно подвижными лептоспирами, так и токсическим действием метаболитов и продуктов распада микроорганизмов, что может приводить к развитию желтухи. Определенная роль в происхождении желтухи принадлежит массивному гемолизу, опосредованному множественными кровоизлияниями вследствие повреждения эндотелия сосудов лептоспирами.
Поражения почек. Способность возбудителя избирательно депонироваться, располагаясь на поверхности эпителиальных клеток и в межклеточном пространстве, приводит к тяжелым повреждениям почечных канальцев и нарушению мочеобразования, а в тяжелых случаях к анурии и уремии. После выздоровления лептоспиры длительно сохраняются в почках и выделяются с мочой (до 40 дня болезни).
Поражения сосудов. Механическое воздействие лептоспир на эндотелий сосудов вызывает множественные кровоизлияния, нарушает проницаемость сосудистой стенки с потерей жидкости вплоть до развития гиповолемического шока. В свою очередь, массивные кровоизлияния и прогрессирующая тромбоцитопения могут вызвать развитие ДВС-синдрома.
Менингеальные явления, часто наблюдаемые при лептоспирозах, связаны с непосредственным действием микроорганизмов и продуктов их распада на ЦНС; в СМЖ лептоспиры регулярно обнаруживают с 7 по 15 сутки болезни.
Клинические проявления достаточно вариабельны — от бессимптомных (субклинических) до тяжелых желтушных форм.