Une fois le donneur trouvé, le patient subit un traitement de conditionnement, qui comprend généralement une chimiothérapie intensive et parfois une radiothérapie. Le but est de détruire la moelle osseuse malade et d'éliminer les cellules immunitaires qui pourraient interférer avec la greffe. Ce processus affaiblit fortement le système immunitaire du patient, ce qui augmente la vulnérabilité aux infections, d’où la nécessité d'une surveillance médicale très stricte pendant cette phase. Ce traitement peut durer de quelques jours à quelques semaines, selon les protocoles.

Le jour de la greffe, la moelle osseuse prélevée chez le donneur est transplantée dans le corps du patient. Cela se fait généralement par voie intraveineuse, et les cellules souches hématopoïétiques commencent à coloniser la moelle osseuse du patient. Après la greffe, le patient doit suivre un traitement immunosuppresseur pour prévenir le rejet de la greffe. Le suivi médical est essentiel pendant les mois qui suivent, car des complications comme le rejet, les infections ou la maladie du greffon contre l'hôte (GVHD) peuvent survenir.