百日咳桿菌從易感者的呼吸道侵入，約經1～3周的潛伏期(一般7～10天)後出現症狀，病程分3期，但無明顯界限。
1、卡他期：一般爲1～2周，發病的早期患兒有流淚、流涕、咳嗽和低熱等症狀，與普通感冒難以區別。3天左右後症狀減輕，唯咳嗽加重，漸漸轉變成陣發性痙攣性咳嗽，逐漸發展至陣發性痙攣期，本期傳染性強。
2、痙咳期：一般爲2～6周，陣發性痙攣性咳嗽是本期特點。痙咳發生時，先是頻繁短促的咳嗽十多聲以至數十聲，患者處於呼氣狀態，隨之是一次深長吸氣，但此時喉部仍是痙攣狀態，氣流通過緊張狹窄的聲門發出一種高調的吼聲，如雞鳴或犬吠樣。如此一日發作幾次乃至30~40次，尤以夜間明顯，年齡愈小，病情愈重。如此反覆上述咳嗽過程，直至把呼吸道積聚的粘痰咳出爲止。由於劇咳，可致嘔吐、大小便失禁、面紅耳赤、口脣發紺、張口伸舌。劇咳可致上腔靜脈迴流受阻，出現顏面、眼瞼浮腫，重者鼻粘膜、眼結膜出血，咯血，甚至顱內出血。痙咳發作無先兆，任何刺激都可誘發。若無繼發感染，一般體溫正常，肺部無陽性體徵，或有患百日咳的兒童不固定的囉音 。新生兒及6個月以內嬰兒多無痙咳及特殊吼聲，而是陣發屏氣、紫紺，易驚厥、窒息而死亡。成人患者多數有典型症狀，但也可能僅有幾周乾咳，大多仍堅持工作，並作爲傳染源，對此應予重視。痙咳期長短與治療的遲早、病情輕重有關，短者數天，長者可達2月，一般爲2～6周。
3、恢復期：痙咳減輕、停止，雞鳴樣吸氣聲消失，精神食慾恢復正常，若無併發症，約經2～3周即愈。遇煙、氣味、上呼吸道感染，痙咳可再次出現，但較輕。上呼吸道感染和支氣管炎愈後，痙咳隨之消失。
支氣管肺炎是常見的併發症，多發生在痙咳期。還可併發百日咳腦病，患者意識障礙、驚厥，但腦脊液無變化。
