血液中白細胞數增高，紅細胞和血小板數在早期可增高或正常，后期減少。當慢粒初次就診時白細胞數往往已在5萬～10萬/μl或更高。白細胞分類中，粒細胞系百分數高于正常，可見到各期粒細胞，以中幼粒及以下的各期中性粒細胞占大多數，原粒和早幼粒細胞一般不超過10%，早期時可不出現。嗜堿粒細胞增多為慢粒特征之一，分類時可高達10%以上。嗜酸粒細胞和單核細胞也可增多。血片中還可見到幼紅細胞，偶見巨核細胞碎片。紅細胞數和血紅蛋白值早期可能高于正常，以致有時和真性紅細胞增多癥相似，如同時血小板也增多，尤易混淆。后期可出現貧血。在造血因子不缺乏的情況下，貧血屬正常細胞正常色素型。血小板增多見于1/3～1/2初診病例，可高達100萬/μl以上。此類病例可有血栓形成或出血，與特發性血小板增多癥及慢性巨核細胞白血病相似而需加以區別。血小板數在后期時減少。
骨髓示造血組織極度增生。骨髓活檢切片可見骨髓組織幾乎全為血細胞所占，而無脂肪組織。骨髓涂片分類以粒細胞系占絕大多數，粒紅之比可增至10～50：1。各期粒細胞相對百分比與外周血相似，但左移更加顯著。骨髓中嗜堿粒細胞，嗜酸粒細胞和顆粒型組織細胞(Ferratacell)常增多。有時可見到與葡糖腦苷脂細胞(Gauchercell)和海藍細胞(sea-blue cell)相似的吞噬細胞，乃吞大量粒細胞膜分解產物而形成。
中性成熟粒細胞(桿狀核和分葉核粒細胞)的堿性磷酸酶(NAP)活力可由細胞化學染色法測得。一般疾病當中性粒細胞增多時，NAP積分常明顯增高；而慢粒時粒細胞雖然顯著增多，NAP積分常很低或缺如。因此NAP檢查有鑒別慢粒和其他原因粒細胞增高的價值。