若血壓持續增高多年不降，動脈壁由於長期缺氧、營養不良，動脈內膜通透性增高，內膜及中層被血漿蛋白滲入，滲入管壁的血漿蛋白逐漸凝固發生透明樣變，血管壁因透明變性而發生硬化。硬化的小動脈管壁日漸增厚而失去彈性，管腔逐漸狹窄甚至閉塞，從而導致血壓特別是舒張壓的持續性升高。
小動脈硬化病變常見於腎、脾、腦、肝、心、胰、腎上腺、甲狀腺、橫紋肌以及視網膜等器官組織中，各髒器血管病變程度不大一樣，通常以心、腦、腎等處的病變最為嚴重，故腦出血、心力衰竭、腎功能衰竭是高血壓病晚期最常見的嚴重並發症。
1、腦出血：腦內小動脈的肌層和外膜均不發達，管壁薄弱，發生硬化的腦內小動脈若再伴有痙攣，便易發生滲血或破裂性出血（即腦出血）。腦出血是晚期高血壓最嚴重的並發症。出血部位多在內囊和基底節附近，臨床上表現為偏癱、失語等。
2、心力衰竭：心髒（主要是左心室）因克服全身小動脈硬化所造成的外周阻力增大而加強工作，於是發生心肌代償性肥大。左心室肌壁逐漸肥厚，心腔也顯著擴張，心髒重量增加，當代償機能不足時，便成為高血壓性心髒病，心肌收縮力嚴重減弱而引起心力衰竭。由於高血壓病患者常伴有冠狀動脈粥樣硬化，使負擔加重的心髒處於缺血、缺氧狀態，因而更易發生心力衰竭。
3、腎功能不全：由於腎人球小動脈的硬化，使大量腎單位（即腎小球和腎小管）因慢性缺血而發生萎縮，並繼以纖維組織增生（這種病變稱為高血壓性腎硬化）。殘存的腎單位則發生代償性肥大、擴張。在腎硬化時，患者尿中可出現較多蛋白和較多的紅細胞。在疾病的晚期，由於大量腎單位遭到破壞，以致腎髒排泄功能障礙，體內代謝終末產物，如非蛋白氮等，不能全部排出而在體內瀦留，水鹽代謝和酸堿平衡也發生紊亂，造成自體中毒，出現尿毒症。
總之，高血壓病晚期並發症都是很嚴重的，這要求我們認真做好高血壓病的防治工作。對慢性高血壓患者，應提高警惕，除平時注意觀察血壓的波動外，還應經常檢查心、腦、腎的功能情況，做到早發現，早診斷，早治療。