Parallel mit dem Ovarialzyklus kommt es auch zu zyklischen Veränderungen der Uterusschleimhaut (Uteruszyklus oder Menstruationszyklus). Der Uteruszyklus kann in drei Phasen eingeteilt werden: Proliferationsphase, Sekretionsphase und Menstruationsphase.
In der Proliferationsphase (Teil der Follikelphase des Ovarialzyklus, etwa 5. bis 14. Tag des Uteruszyklus) wird die Funktionalis (Stratum functionale endometrii), welche in der Desquamationsphase abgelöst wurde, wieder aufgebaut.
Die Sekretionsphase (Teil der Lutealphase, etwa 15. bis 18. Tag des Zyklus) beginnt etwa einen Tag nach der Ovulation. Die Proliferation des Endometriums kommt zum Stillstand. Im basalen Zytoplasma der Epithelien sammeln sich Glykogengranula an. Das Uterusstroma wird ödematös. Die Stromazellen hypertrophieren und werden zu Prädeziduazellen. Gegen Ende der Sekretionsphase (letzter Teil der Lutealphase) kontrahieren sich die Spiralarterien. Es kommt zur Minderdurchblutung oder Ischämie der Funktionalis.
Unter der Desquamationsphase oder Menstruation (frühe Follikelphase) versteht man die Monats- oder Regelblutung, die durchschnittlich 4 bis 5 Tage dauert. Die Spiralarterien des Endometriums erschlaffen. Blut strömt in die ischämische Funktionalis, Kapillarwände zerreißen und es blutet in die Funktionalis hinein. Die Funktionalis zerfällt und wird zusammen mit nicht geronnenem arteriellem und venösem Blut ausgestoßen. Die Basalis (Stratum basale endometrii) bleibt erhalten. Der nächste Zyklus beginnt.
Im Falle einer Schwangerschaft sezerniert die Blastozyste HCG (humanes Choriongonadotropin). Dadurch bleibt das Corpus luteum erhalten und entwickelt sich weiter zum Corpus luteum graviditatis, welches den Progesteronspiegel hoch hält. In der Sekretionsphase wird das Stroma des Endometriums in die Dezidua umgewandelt (Entstehung der Plazenta). Die Menstruation bleibt aus.