Y. pestis внедряется в организм в месте укуса блохи; в свою очередь блохи инфицируются бактериями, питаясь кровью грызунов в период бактериемии, предшествующей гибели животных (трансовариальная передача возбудителя у блох отсутствует, бактерии погибают при попадании в кишечник личинок). При температуре 28°С (температура тела блохи) Y. pestis не образует фракцию 1 и V/W-Aг. В организме человека возбудитель болезни мигрирует по лимфатическим сосудам в региональные лимфоузлы, где захватывается мононуклеарными клетками. Так как внутриклеточный фагоцитарный киллинг подавляется возбудителем, то начинается его внутриклеточное размножения с развитием воспалительной реакции в лимфоузлах. Размножение бактерий в макрофагах лимфоузлов приводит к увеличению последних, слиянию, образованию конгломератов (бубонная форма). На данном этапе бактерии также резистентны к фагоцитозу полиморфно-ядерными лейкоцитами благодаря Fl и из-за нехватки специфических антител. Поэтому-то затем развивается геморрагический некроз лимфоузлов, бактерии получают возможность прорваться в кроветок и внедриться во внутренние органы, что приводит к септической форме.
Возможна легочная форма поражения, при воздушно-капельном пути распространения.
В результате распада микроорганизмов образуются эндотоксины, обуславливающие интоксикацию.
Y. enterocolitica вызывает энтероколит с диареей, лихорадкой и болями в животе. Факторами вирулентности считают адгезины и инвазины, облегчающие взаимодействие с кишечным эпителием, низкомолекулярные протеины, ингибирующие активность бактерицидных факторов и энтеротоксин, аналогичный термостабильным токсинам Е. coli. Бактерии проникают в слизистую оболочку тонкой кишки, размножаются в пейеровых бляшках и мигрируют в брыжеечные лимфатические узлы. Вирулентность бактерий существенно повышается в присутствии Fe2+. Основной защитный барьер организма, скорее всего, — кислая среда желудка.