Les modèles cartilagineux sont remplacés dès la fin de la période embryonnaire par des os (ossifications périchondrale et endochondrale). Un périchondre se forme à la périphérie du modèle cartilagineux au cours de l'ossification périchondrale. Dans ce périchondre vont se différentier les ostéoblastes, qui forment une gaine osseuse tout autour de la partie moyenne de la maquette cartilagineuse. La gaine osseuse s'allonge ensuite en directions proximale et distale. Le périchondre se transforme en périoste.
L'ossification endochondrale commence également à la hauteur de la gaine osseuse. Les chondrocytes se différencient en chondrocytes hypertrophiques, lesquels induisent la minéralisation de la matrice cartilagineuse. Depuis le périoste, des vaisseaux sanguins pénètrent la matrice cartilagineuse à travers la gaine osseuse. Ces vaisseaux sont accompagnés de cellules mésenchymateuses, à l'origine des ostéoblastes et des ostéoclastes. Les ostéoclastes dissolvent une partie de la matrice, conduisant ainsi à la formation de la cavité médullaire primaire. Une partie de la matrice reste conservée et sert de pilier pour la formation de la substance spongieuse primaire (centre d'ossification primaire). L'ossification endochondrale de la diaphyse va de pair avec la formation de la gaine osseuse, de la partie moyenne vers les deux extrémités. La cavité médullaire primaire se retrouve délimitée en directions proximale et distale par une zone d'ossification orientée transversalement. Chaque zone est elle-même suivie, proximalement et distalement d'une épiphyse cartilagineuse.