Risale verso l'alto costeggiando la parete laterale della faringe e quindi penetra nel canale carotideo, scavato nella rocca petrosa dell'osso temporale. Percorso tutto il canale carotideo ("tratto intrapetroso") si viene a trovare all'interno della cavità cranica dove piega in avanti e penetra nel seno cavernoso ("tratto intracavernoso"). All'interno di questo caratteristico seno venoso essa non è bagnata direttamente dal sangue ivi contenuto ma è ricoperta esternamente dell'endotelio del seno stesso. All'interno del seno cavernoso forma una curva diretta all'indietro e verso l'alto ("sifone carotideo"); in questo tratto essa è accompagnata da varie strutture nervose che sono: