Фаза секреции (лютеиновая) длится 14 дней (±1 день) и непосредственно связана с активностью желтого тела. Она характеризуется тем, что эпителий желез начинает вырабатывать секрет, содержащий кислые гликозаминогликаны, гликопротеиды, гликоген. В ранней стадии фазы секреции (15 – 18-й день) появляются первые признаки секреторных превращений. Железы становятся более извитыми, просвет их несколько расширен. Во всех железах эндометрия появляются крупные субнуклеарные вакуоли, оттесняющие ядро к центру клетки. В вакуолях обнаруживается гликоген. В поверхностных слоях эндометрия иногда могут наблюдаться очаговые кровоизлияния, произошедшие во время овуляции и связанные с кратковременным снижением уровня эстрогенов.
В средней стадии фазы секреции (19 – 23-й день), когда имеет место максимальная концентрация прогестерона и повышение уровня эстрогенов, функциональный слой эндометрия становится более высоким (его толщина достигает 8 – 10 мм) и отчетливо разделяется на 2 слоя. Глубокий (губчатый, спонгиозный) слой, граничащий с базальным, содержит большое количество сильно извитых желез и небольшое количество стромы. Плотный (компактный) слой составляет 1/4—1/5 толщины функционального слоя. В нем меньше желез и больше соединительнотканных клеток. В просвете желез находится секрет, содержащий гликоген и кислые мукополисахариды. Наивысшая степень секреции обнаруживается на 20 – 21-й день. К 20-му дню в эндометрии обнаруживается максимальное количество протеолитических и фибринолитических ферментов. На 20 – 21-й день цикла в строме эндометрия возникают децидуальноподобные превращения (клетки компактного слоя становятся крупными, округлой или полигональной формы, в их цитоплазме появляется гликоген). Спиральные артерии резко извиты, образуют «клубки» и обнаруживаются во всем функциональном слое. Вены расширены. В средней стадии фазы секреции происходит имплантация бластоцисты. Самые лучшие условия для имплантации представляют структура и функциональное состояние эндометрия на 20 – 22-й день (6 – 8-й дни после овуляции) 28-дневного менструального цикла. Поздняя стадия фазы секреции (24 – 27-й день) в связи с началом регресса желтого тела и снижением концентрации продуцируемых им гормонов характеризуется нарушением трофики эндометрия и постепенным нарастанием в нем дегенеративных изменений. Уменьшается высота эндометрия (примерно на 20 – 30 % по сравнению со средней стадией фазы секреции), сморщивается строма функционального слоя, усиливается складчатость стенок желез, и они приобретают звездчатые или пилообразные очертания. Из зернистых клеток стромы эндометрия выделяются гранулы, содержащие релаксин. Последний способствует расплавлению аргирофильных волокон функционального слоя, подготавливая менструальное отторжение слизистой оболочки. На 26 – 27-й день цикла в поверхностных слоях компактного слоя наблюдаются лакунарное расширение капилляров и очаговые кровоизлияния