Η χειρουργική αντιμετώπιση είναι η μέθοδος εκλογής που επικρατεί για τους ασθενείς που παρουσιάζουν σημαντικού βαθμού στένωση (συνήθως > 70 %).

Η επέμβαση μπορεί να γίνει με τοπική ή  γενική αναισθησία.

Η ενδαρτηρεκτομή και αγγειοπλαστική με εμβάλωμα αποτελεί την επικρατέστερη χειρουργική θεραπεία, με εξαιρετικά μακροχρόνια αποτελέσματα.

Με την ενδαρτηρεκτομή αφαιρείται η αθηρωματική πλάκα από την αρτηρία, της οποίας ο αυλός στη συνέχεια διευρύνεται επιπλέον με την τοποθέτηση συνθετικού εμβαλώματος (patch). Το εμβάλωμα τοποθετείται μεταξύ της κοινής καρωτίδας και της έσω καρωτίδας. 

Υπάρχουν και άλλες χειρουργικές τεχνικές όπως η ανάστροφη ενδαρτηρεκτομή ή η τοποθέτηση παράκαμψης αλλά πραγματοποιούνται πιο σπάνια.

Η επέμβαση διαρκεί μία με δύο ώρες και η νοσηλεία κατά μέσον όρο τρεις ημέρες.