恶性贫血的患者，血常规当中通常可以出现红细胞计数的下降、血红蛋白浓度下降，红细胞平均体积往往是出现升高的，也就是表现为大细胞性贫血。同时患者的白细胞计数以及血小板也可以出现减少。白细胞分类当中，中性粒细胞有可能会出现减少，淋巴细胞比值可以出现相对性地增高。

恶性贫血的患者，还可以进行外周血涂片的分类，经常可以见到分叶过多的中性分叶核粒细胞。必要时可以进行骨髓穿刺的检查，骨髓当中红系比例往往明显增高，而且红细胞体积增大比较明显，巨核细胞、粒细胞往往增生活跃，也可以见到巨幼样改变。

血清维生素B12的水平往往是低于正常的，有助于诊断恶性贫血。