糖尿病性大血管病變主要為大中血管動脈粥樣硬化，動脈壁中層鈣化，內膜纖維增生，致使管腔狹窄，因而其本質上是動脈粥樣硬化性閉塞，在病理上很難與非糖尿病患者大血管病變相區別，但在臨床發病和流行病學上與非糖尿病患者有區別。
臨床上觀察到大血管病變常在糖尿病史10～15年時出現癥狀。流行病學中觀察到糖尿病患者大血管病變發病率高，約為非糖尿病患者的11倍，發病年齡較小，病變進展快，要比非糖尿病患者的大血管病變平均提前10年。
糖尿病性大中動脈病變與無糖尿病患者相類似，主要病理變化為動脈內膜粥樣硬化和纖維化；動脈中層變性、纖維化和鈣化。動脈粥樣硬化可發生在大動脈如胸腹主動脈、頸總動脈、無名動脈和鎖骨下動脈。中等動脈如冠狀動脈、腦動脈、腎動脈。最常波及的是股動脈、腘動脈、脛前和脛后動脈，其次是肱動脈和橈動脈。動脈分叉開口處病變最為嚴重，如頸內、頸外動脈分叉處，主動脈弓各動脈分叉處，腹主動脈于左右髂總動脈分叉處，下肢動脈各分叉處，其原因可能是由于血流在分叉處形成漩渦，沖擊而使內皮損傷，該處是引起病理改變的開始部位。
糖尿病性血管病變絕大部分發生在下肢，其原因可能是下肢動脈粗長，承受血液壓力大，內膜損傷機會多。下肢動脈3個易發部位是：主髂動脈、股腘動脈和小腿脛腓動脈，其中又以股腘動脈發生率最高，這與大腿內收肌管周圍肌肉反復收縮機械性損傷有關。病變特點為狹窄或閉塞性病變，常呈節段性，局限于動脈分叉處，累及一例或雙側下肢動脈，上肢很少累及。
病理上糖尿病患者的動脈粥樣硬化與非糖尿病患者相似，不同之處是非糖尿病患者有較多PAS陽性的糖蛋白沉積伴有微血管病變。
下肢動脈發生粥樣變化后，血管管腔逐漸變為狹窄，使患肢組織供血障礙，呈缺血表現。動脈粥樣硬化血管閉塞范圍越大、病變越長，肢體缺血愈重，緩慢進行性的動脈閉塞，可見到側支循環形成。但如動脈腔內血栓或斑塊脫落，可引起急性動脈栓塞，使栓塞遠端缺血更為嚴重，可引起遠端肢體潰瘍和壞疽。
肢體缺血可分為功能性缺血和慢性臨界性肢體缺血。功能性缺血是指在休息狀態下，血流尚可通過部分通暢的血管，保證肢體血供，使隨著肢體的運動，血流不能增加，臨床上表現為間歇性跛行。慢性臨界肢體缺血是指病人發生肢體靜息痛超過2周，需服用止痛劑。踝部動脈收縮壓≤50mmHg，或伴有足趾潰瘍及壞疽。間歇性跛行是由于作功的肌肉群表現疼痛，而缺血性靜息痛不表現肌肉群，而是足趾或跖骨頭的疼痛。