Los fagocitos son atraídos hacia el área de la invasión, por productos químicos liberados por los microorganismos invasores, por fosfolípidos liberados por las células dañadas, o por componentes del sistema de complemento. Los fagocitos se mueven hacia el microorganismo y lo atrapan. El reconocimiento está mediado por una variedad de receptores de la superficie celular como, anticuerpos, lipopolisacáridos y receptores de complemento. Por ejemplo, el componente C3b del complemento de recubrimiento bacteriano u otras partículas, son reconocidas y unidas a receptores C3b específicos de un fagocito. Este proceso de recubrimiento que activa la fagocitosis se denomina opsonización.
El microorganismo es engullido por el fagocito e incorporado en el interior de una vacuola denominada fagosoma. Una vez en el citoplasma, el fagosoma se fusiona a lisosomas que liberan enzimas digestivas como lisozimas y proteasas. La vesícula resultante de la fusión recibe el nombre de fagolisosoma.
En el interior del fagolisosoma, se digiere al microorganismo. Finalmente, los restos del material digerido contenido en la vesícula, son eliminados del fagocito por exocitosis.