Die Gebärmutterspiegelung wird in der Regel im Rahmen einer kurzen Vollnarkose durchgeführt. Die Patientin wird dazu auf dem gynäkologischen Stuhl ähnlich wie bei der Untersuchung beim Frauenarzt gelagert. Zunächst werden die Scheide sowie die Schamlippen mit einer Jodlösung desinfiziert. Dann führt der Arzt ein Spekulum in die Scheide ein, um den Muttermund darzustellen. Vor allem für die operative Hysteroskopie muss der Gebärmutterhals oft bis auf acht Millimeter geweitet werden.

Das im Anschluss über die Vagina eingeführte optische Instrument (Hysteroskop) dient der Inspektion der Gebärmutterhöhle. So können Veränderungen der Gebärmutterwand besser erkannt und lokalisiert werden. Mithilfe einer speziellen Flüssigkeit oder Kohlendioxidgas wird die Gebärmutter zunächst geweitet, um dem Gynäkologen eine bessere Sich zu ermöglichen. Da es bei dem Eingriff zu Blutungen kommen kann, dient die verwendete, viskose Flüssigkeit zudem der Reinigung des Operationsfeldes.

Der Frauenarzt kann während einer Hysteroskopie gezielt veränderte Schleimhaut abtragen oder Gewebe entnehmen, Myome entfernen und verrutschte Spiralen zur Schwangerschaftsverhütung positionieren oder entfernen. Dazu wird auf dem Hysteroskop ein doppelläufiges Schaftsystem (Resektoskop) aufgesetzt, über das schließlich Instrumente, wie Nadeln oder Schlingen eingeführt werden können. Das entfernte Gewebe wird im Anschluss zur feingeweblichen Untersuchung in ein pathologisches Institut eingeschickt. Je nachdem, welche operativen Maßnahmen angewandt werden, dauert der Eingriff zwischen 10 und 45 Minuten.
Die Erholungsphase nach einer Gebärmutterspiegelung ist in der Regel relativ kurz und schmerzarm.

In der ersten Zeit nach dem Eingriff können leicht ziehende Schmerzen auftreten, ähnlich den normalen Menstruationsbeschwerden. Die ersten Tage nach dem Eingriff besteht zudem oft noch eine Wundblutung, wobei der Blutverlust dabei meist sehr gering ist. Nachfolgend kann noch für etwa 14 Tage bis zur nächsten Regelblutung ein blutig-bräunlicher Ausfluss bestehen.

Da der Muttermund in der ersten Zeit noch etwas geöffnet ist sollten die Betroffenen in den ersten drei Wochen nach dem Eingriff nicht baden oder Schwimmen gehen, keinen Geschlechtsverkehr haben, keine Tampons benutzen und auf Saunabesuche verzichten. Eine körperliche Schonung wird je nach Ausmaß des Eingriffs für etwa eine Woche empfohlen.