动脉瘤切除人工血管替换术是最有效的治疗方法，胸主动脉瘤直径大于5cm，如无手术禁忌证，应及早手术治疗。但阻断主动脉血流的方法与主动脉的重建比较复杂，涉及不少重要器官在阻断血流时的保护问题。手术有较大的危险性，处理不当可发生严重的并发症。
1.较小的囊形主动脉瘤，主动脉壁病变比较局限者，可游离主动脉瘤后，于其颈部放置钳夹，切除动脉瘤，妥善缝合切口或用织片缝补主动脉切口。
囊形主动脉瘤切除术
(1)放置钳夹，切除动脉瘤(2)切除动脉瘤后用补片缝补切口
2.梭形主动脉瘤或夹层动脉瘤，如病变位于降主动脉且长度比较局限者，可切除病变降主动脉后，用人工血管重建血流通道。
降主动脉夹层动脉瘤切除后，用人造血管重建通道
对夹层动脉瘤，亦可环状切开主动脉，分别连续缝合近、远段主动脉壁，使分离的内层与外层相闭合，再缝合主动脉切口或用人工血管替换。
由于手术中必须阻断动脉瘤近段和远段的主动脉，血流受阻，可能引起心脏排血严重障碍，和脑、脊髓、腹腔脏器缺血性损害。因此，必须应用低温或人工心肺机作左心转流(从左心房引出血流，经人工心输入股动脉)或应用体外循环技术。在某些情况下，也可作外分流术，即在拟予切除的病变的主动脉近、远段之间暂时连接一段管道，以便在阻断主动脉时，能保证重要脏器和组织得到充足的血液供应。
3.对于升主动脉瘤或升主动脉瘤合并主动脉瓣关闭不全的病人，则在体外循环下进行升主动脉瘤切除、人工血管重建术，或应用带人工瓣的复合人工血管替换升主动脉，并进行冠状动脉口移植术(Bentall手术)或其他更复杂的手术。
4.对于主动脉弓部动脉瘤或多段胸主动脉瘤的手术方法更为复杂。目前应用体外循环合并深低温停止循环，经上腔静脉或右锁骨下动脉进行脑灌注以保护脑组织，作主动脉弓切除、人工血管重建术或更广泛的人工血管替换术。
胸主动脉瘤手术方法复杂，对全身及主要脏器功能如心、脑、脊髓、肾、肝及腹腔器官影响较大，术后应严密监护，防止出血、感染，并积极维护重要器官功能的恢复，才能取得良好治疗效果。
5.胸主动脉瘤的介入治疗。近年来，对于主动脉夹层动脉瘤(Ⅲ型)、胸主动脉假性动脉瘤及某些类型的胸主动脉瘤，经股动脉放入带膜支架(或称支撑性人工血管)，进行封闭内膜破口、腔内血管成形术，取得良好效果。目前正在继续研究和发展中。