Преодолев желудочный барьер, холерные вибрионы быстро контаминируют слизистую оболочку тонкой кишки. Данная инфекция не относится к числу инвазивных — вибрионы локализуются на поверхности слизистой оболочки и в ее просвете. Основное значение в патогенезе холеры играют большие количества экзотоксина, продуцируемого вибрионами при их жизнедеятельности. Экзотоксин, являющийся термолабильным энтеротоксином (холеро-ген), и определяет возникновение основных проявлений холеры. Местом его действия являются энтероциты тонкой кишки.
Холеро-ген активирует аденилатциклазу энтероцитов, которая усиливает синтез циклического аденозинмонофосфата, что приводит к повышению секреции в просвет тонкой кишки электролитов и воды. Это обусловливает появление водянистой диареи, а затем рвоты. Развивается изотоническая дегидратация, гиповолемия, нарушение микроциркуляции, тканевая гипоксия всех внутренних органов и центральной нервной системы. С 1 л испражнений организм теряет 5 г натрия хлорида, 4 г натрия гидрокарбоната, 1 г калия хлорида. Объем испражнений в сутки может достигать 20- 30 л. При этом резко выраженная дегидратация и деминерализация приводят к судорогам, холерному алгиду, парезу кишечника, почечной недостаточности.
У умерших от холеры выявляют дистрофию внутренних органов, признаки обезвоживания. Кишечник переполнен жидкостью, при микроскопическом исследовании отмечается десквамация эпителия ворсинок тонкой кишки без выраженных воспалительных изменений.