Nel torace scende lungo la faccia laterale del pericardio assieme ai vasi pericardicofrenici, medialmente rispetto alla pleura mediastinica; a questo livello emette rami sensitivi pericardici e pleurici. Il nervo di destra passa lateralmente alla vena brachiocefalica destra e alla vena cava superiore, mentre quello di sinistra incrocia l'arco dell'aorta; entrambi passano davanti all'ilo polmonare. A causa dell'asimmetria cardiaca, il nervo di destra ha un decorso più verticale, mentre quello di sinistra descrive una curva a concavità mediale.