Le lesioni precoci della malattia comprendono una deplezione linfoide e l'involuzione del timo. Le lesioni gastroenteriche sono generalmente limitate all'intestino tenue, con ulcerazione, necrosi ed esfoliazione. Ne consegue una diarrea profusa e solitamente emorragica, con grave disidratazione, malnutrizione, anemia, e spesso morte. L'infiltrato infiammatorio cronico è presente nella lamina propria della mucosa intestinale. Gran parte dei decessi da panleucopenia felina sono causati da una concomitanza di infezioni batteriche secondarie con endotossiemia.