แพทย์จะฉีดยาชาเฉพาะที่เพื่อให้ผู้ป่วยรู้สึกชาบริเวณที่จะใส่สายสวน ซึ่งอาจเป็นบริเวณขาหนีบหรือข้อมือ แล้วใส่สายสวนที่มีบอลลูนซึ่งยังแฟบติดอยู่ตรงปลายเข้าไปยังหลอดเลือดแดงคาโรติดบริเวณที่ตีบหรืออุดตัน เมื่อสายสวนเข้าไปถึงจุดหมาย แพทย์จะทำให้บอลลูนพองตัวเพื่อให้หลอดเลือดขยายออก
 
โดยทั่วไปการถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติดใช้เวลาประมาณ 1-2 ชั่วโมง

วิธีการถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติดใช้สำหรับรักษาโรคหลอดเลือดสมองและป้องกันโรคหลอดเลือดสมอง ในกรณีดังต่อไปนี้

• หลอดเลือดแดงคาโรติดมีการอุดตันอย่างชัดเจน
• ผู้ป่วยมีโรคหลอดเลือดสมอง (stroke) หรือภาวะสมองขาดเลือดชั่วคราว (transient ischemic attack; TIA)
• ผู้ป่วยมีการอุดตันของหลอดเลือดแดงที่เกิดซ้ำในหลอดเลือดเดิม
• ไม่สามารถรักษาด้วยวิธีการผ่าตัดได้
• วิธีการรักษาหรือการผ่าตัดอื่นไม่สามารถเข้าถึงบริเวณที่อุดตันได้

การผ่าตัดทุกชนิดย่อมมีความเสี่ยง ความเสี่ยงและภาวะแทรกซ้อนของการถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติดมีดังนี้

• ภาวะแทรกซ้อนจากยาชาเฉพาะที่
• มีเลือดออกบริเวณที่ใส่สายสวน
• โรคหลอดเลือดสมอง / การกลับมาเป็นซ้ำของโรคหลอดเลือดสมอง
• อาการแพ้สารที่ใช้ในขั้นตอนการถ่างขยายหลอดเลือดหรือการวินิจฉัย
• การติดเชื้อ

 
โรคหลอดเลือดสมองบ่อยครั้งมีความเกี่ยวข้องกับพฤติกรรมการใช้ชีวิตของผู้ป่วยหรือโรคอื่นที่ผู้ป่วยเป็น เช่น ความดันโลหิตสูง เบาหวาน การถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติดเป็นการแก้ไขการอุดตันของหลอดเลือด แต่ไม่สามารถแก้ไขที่ต้นเหตุที่ทำให้หลอดเลือดอุดตัน ดังนั้นถ้าผู้ป่วยยังไม่ปรับเปลี่ยนพฤติกรรมหรือทำการรักษาโรคที่เป็นอยู่ ก็อาจเกิดหลอดเลือดอุดตันอีกได้
 
ทั้งนี้ สามารถลดภาวะความเสี่ยงและภาวะแทรกซ้อนต่างๆ ของการถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติดได้โดยการปฏิบัติตามคำแนะนำของแพทย์ทั้งก่อนและหลังการรักษา

ในกรณีที่ไม่สามารถรักษาหลอดเลือดอุดตันด้วยการถ่างขยายหลอดเลือดแดงคาโรติด หรือทำการรักษาแล้วแต่ผลการรักษาไม่ดีเท่าที่ควร อาจต้องใช้การรักษาด้วยวิธีการผ่าตัดเปิดหลอดเลือดแดงใหญ่ที่คอเพื่อนำตะกรันที่อุดตันในหลอดเลือดออก (carotid endarterectomy; CEA)