（一）尿路感染 常引起急性尿路感染，可表現為膀胱炎或腎盂腎炎。病人本身存在各種原因引起的尿路梗阻是重要誘發因素。常由04、06、075等血清型引起，細菌為具有粘附因子的尿路致病性大腸桿菌，是尿路感染最常見的病原菌。膀胱炎有尿頻、尿急、尿痛等膀胱刺激征，腎盂腎炎則尚有高熱、腰痛等全身癥狀。
（二）腹腔感染 闌尾穿孔、胃及十二指腸潰瘍穿孔、小腸憩室炎癥穿孔以及全身感染等，均可引起腹腔內膿腫。大腸桿菌所致的膿腫常合并有厭氧菌如：厭氧鏈球菌、梭狀芽胞桿菌、擬桿菌等感染，故膿液多有臭味。
（三）膽道感染 常發生于有膽石癥的病人，膽石梗阻膽囊管或膽管，臨床表現為發熱、右上腹痛或絞痛，向右肩放射，局部有壓痛、肌衛等，伴有其他毒血癥癥狀，部分病例可伴發中毒性休克、黃疸等，
或引起膽管炎、肝膿腫及門靜脈血栓性靜脈炎等。
（四）肺部感染 大腸桿菌為革蘭陰性桿菌肺炎的病原之一。正常的呼吸道粘膜表層由連結素包裹，對革蘭陽性細菌有特殊受體。任何對機體的有害因素均可使唾液中降解連結素的蛋白分解酶增加，使連結素破壞，粘膜下組織的革蘭陰性菌受體暴露，因而導致大量革蘭陰性菌定植；宿主如果微量吸入呼吸道分泌物后即可發生革蘭陰性桿菌肺炎。大腸桿菌肺炎大多為醫院內感染，或有嚴重基礎疾病(如：糖尿病、慢性阻塞性肺部病變)的門診病人。臨床表現大多為累及肺下葉的支氣管肺炎，部分病人可伴發膿胸、敗血癥等，病死率可高達50%或以上。
（五）敗血癥 大多發生在腎盂腎炎或其他尿路感染者中，尤其合并尿流不暢的病人；或發生于腹腔感染、腸道感染及盆腔感染的基礎上，在院內感染革蘭陰性桿菌敗血癥中居首位。起病多急驟，高熱，主要特點為細菌內毒素引起的全身毒血癥癥狀、神志淡漠、反應遲鈍，部分病人可出現中毒性休克、DIC等。血中補體水平下降，少數病人可繼發遷徙性病灶。
（六）腸道感染 致病性大腸桿菌常引起嬰兒腹瀉，有時可在病房或嬰兒室引起暴發流行。產腸毒素大腸桿菌所致者大多癥狀較輕，有水瀉、腹痛等，發熱不顯著，3～4日自愈；但少數病例可發生寒戰、高熱、惡心、嘔吐、腸痙攣者。侵襲性大腸桿菌引起的腹瀉常有粘液血便，與菌痢難區別。腸集聚性大腸桿菌常引起旅游者腹瀉，或在兒童中引起持久腹瀉。腸出血性大腸桿菌可引起出血性結腸炎的大面積暴發流行，通常病人不發熱，也不引起腸粘膜的侵襲或炎癥；但在老年病人中有死亡的報道。有的菌株可產生志賀菌樣毒素，并引起溶血-尿毒癥綜合征。
（七）其他 新生兒常可發生大腸桿菌敗血癥及腦膜炎，尤其多見于早產兒。新生兒腦膜炎大多由大腸桿菌或B組鏈球菌引起，尤其是具有Ki莢膜抗原的大腸桿菌。流行病學研究證實妊娠期婦女的胃腸道中Ki大腸桿菌的定植率增高，此種菌株日后可引起新生兒腦膜炎。可采用氨芐西林合井頭孢噻肟作為經驗治療。