כאשר קוטר האורטה בחזה בזמן הגילוי עולה על 5 ס"מ (ובמקרים מסוימים אף פחות) או שבמהלך המעקב קצב הגידול של האורטה מהיר, יש צורך בניתוח להחלפת החלק המורחב. במהלך הניתוח פותחים את בית החזה וכמו בכל ניתוח לב פתוח, המנתח מחבר את הלב למכונת לב-ריאה, שמזרימה דם מחומצן לגוף ומאפשרת את בידוד הלב ושיתוקו כך שניתן יהיה לטפל בו. בהמשך המנתח כורת את החלק המורחב של אבי העורקים ומחליף אותו בצינור עשוי מחומר סינתטי, אינרטי ועמיד (דקרון).
אם המפרצת נמצאת באזור קשת האורטה, יש, בנוסף, לקרר את טמפרטורת גופו של החולה, לעתים עד 18 מעלות, לסגור את מכונת הלב-ריאה ולהפסיק את הזרמת הדם למוח ולשאר חלקי הגוף כדי שניתן יהיה להחליף את החלק החולה. פרק הזמן בו מפסיקים את אספקת הדם מוגבל ורצוי שלא יעלה על 30 דקות. כתוצאה מכך, הניתוח נעשה במגבלות זמן ובמרוץ כנגד השעון. מכיוון שרקמת המוח רגישה יותר לחוסר בחמצן, במשך הניתוח דואג המנתח לספק דם באופן סלקטיבי למוח. על מנת לוודא שלא תיגרם פגיעה מוחית, הצוות המנתח משתמש במכשירי ניטור מתקדמים אשר מספקים מידע לגבי רמת החמצן במוח, מהירות זרימת הדם למוח ופעילותו החשמלית. לעתים, כדי להוריד את צריכת החמצן של המוח, הצוות עשוי לשים את ראשו של החולה בקרח למשך הזמן הקריטי הזה.
אם המחלה מערבת גם את המסתם האורטלי, מחליפים גם אותו במסגרת הניתוח. במקרים אחרים, במידה והמסתם האורטלי תקין אך המפרצת מגיעה ממש עד אליו, ניתן לבצע ניתוח מורכב של החלפת אבי העורקים מיד מעל המסתם, תוך שימור המסתם המקורי של החולה וללא צורך להחליפו. בניתוח מורכב זה מחליפים את כל החלק החולה ממש מעל המסתם, מחברים את אבי העורקים הסינטטי החדש ישירות אל המסתם תוך שימור המסתם ומבלי לפגוע בו ומחזקים את החיבור עם רקמה בריאה או עם טבעת של פריקרד (של החולה או סינטטי) – הניתוח ע"ש טיירון דייויד – Aortic Valve Sparing Operation.
לאחר שהושלמה ההחלפה של החלק המורחב של אבי העורקים, מחממים בהדרגה את גופו של המנותח ואת המוח, אם קוררו, מתנתקים בהדרגה ממכונת הלב-ריאה וסוגרים את בית החזה.
ניתוחי אבי העורקים הם מהניתוחים הקשים והמורכבים ביותר בתחום ניתוחי הלב ונחשבים ל"אימת מנתחי הלב". הניתוח מתבצע תוך שימוש בטכניקות הכירורגיות החדישות ביותר ומבוצע רק על ידי כירורגים מנוסים וותיקים, אז גם אחוזי ההצלחה גבוהים.
