Bei den endovaskulären Operationen wird ein Blutgefäß an leicht zugänglicher Stelle - meist in der Leistenbeuge, seltener am Oberarm oder am Hals - in Lokalanästhesie punktiert und ein flexibler Führungsdraht bis in die erkrankte Region vorgeschoben. Über diesem Draht werden dann spezielle Katheter oder miniaturisierte Instrumente eingebracht, mit denen Gefäßverschlüsse, Stenosen oder Aneurysmen behandelt werden können.
Eine Unterbrechung des Blutstromes ist dazu nicht erforderlich. Dies ist ein wesentlicher Vorteil bei Erkrankungen der hirnversorgenden Gefäße und der Aorta. An den hirnversorgenden Gefäßen kann die bei herkömmlichen Operationen erforderliche Unterbrechung des Blutstromes einen Schlaganfall auslösen, an der Aorta führt die Abklemmung zu einem Druckanstieg, der eine Herzinsuffizienz oder einen Herzinfarkt auslösen kann.
Im Gegensatz zu den sehr ausgedehnten Schnitten bei offenen Gefäßoperationen beeinträchtigt der nur 2 bis 3 mm große Schnitt den Patienten kaum. Die Behandlung dauert lediglich einen Tag.

Die Gefäßwand jedoch wird bei diesen Eingriffen massiv traumatisiert. In den bei der Gefäßdilatation erzeugten Einrissen der Gefäßinnenschicht lagern sich Thrombozyten an, die die Bildung von Blutgerinnseln initiieren sowie die spätere Proliferation der freiliegenden Muskelzellen mit Ausbildung von Restenosen. Um das zu verhindern, ist vor und nach dem Eingriff eine Dauerbehandlung mit Medikamenten, die die Thrombozytenaggregation verhindern, erforderlich (z.B. Acetylsalicylsäure, Clopidogrel).
Typische Frühkomplikationen, die bei etwa 5% der Behandlungen auftreten, sind die Blutung aus der Punktionsstelle und die Ausbildung eines Pseudoaneurysmas. Häufigste Spätkomplikation ist der erneute Verschluß des Gefäßes durch eine Wucherung der Gefäßwandmuskelzellen im Bereich der behandelten Läsion.

Etablierte endovaskuläre Operationen im arteriellen Bereich sind die lokale Lyse frischer Verschlüsse, die Aspirationsthrombektomie, die Ballondilatation von Gefäßstenosen, das Offenhalten rekanalisierter Verschlüsse durch Metallstents und die Ausschaltung von Aneurysmen durch Stentgrafts.
Auch in den großen Venen können Verschlüsse lysiert, dilatiert und gestentet werden.
Bei einem erhöhten Druck im Pfortaderkreislauf infolge Leberzirrhose kann perkutan eine Verbindung zwischen Pfortader und Lebervene (TIPSS) hergestellt werden, um das Risiko von Blutungen aus Ösophagusvarizen zu senken oder Aszites zu beseitigen.