1）全血細胞減少性疾病：因部分巨幼細胞貧血患者外周血三系減少，所以需與其他全血細胞減少性疾病進行鑒別，骨髓象檢查可有明顯區別。
2）急性紅白血病（紅血病期）：骨髓中紅系極度增生，常大于50%，并有明顯的病態造血（如類巨幼樣變等），同時還會有白細胞的異常增生。細胞化學過碘酸-雪夫反應，幼紅細胞陽性或強陽性。葉酸和維生素B12治療無效，隨著疾病的進展，轉為紅白血病期至白血病期。
3）骨髓增生異常綜合征（MDS）：部分MDS病例可有紅系細胞的顯著增生，多為中晚幼階段，有明顯的病態造血（如類巨幼樣變等）。粒系細胞和巨核細胞也有病態造血。骨髓鐵染色異常（環形鐵粒幼細胞常＞15%）。過碘酸-雪夫反應幼紅細胞可陽性。葉酸和維生素B12治療不能治愈。另外還可通過染色體檢查及骨髓活檢鑒別。
4）無巨幼細胞改變的大細胞性貧血：如部分甲狀腺功能減退、肝臟疾病、酒精中毒、骨髓增殖性疾病及部分MDS患者等。這些疾病除有自身特點外，大紅細胞一般沒有巨幼細胞貧血明顯，中性粒細胞無分葉過多現象。