凡遇有反复呕吐胆汁和所进食物的病人，尤当体位改变可减轻征象，应考虑肠系膜上动脉综合征的可能，需进一步作胃肠钡餐检查。
胃肠钡餐造影可见十二指肠第一、二部扩张，并有反复的强烈逆蠕动，钡剂可回流入胃内。在十二指肠横段远侧有一外形整齐的斜行压迹和钡剂通过受阻现象。如吞服的钡餐在2～4小时后不能从十二指肠内排空，即表示有梗阻存在。如病人取俯卧或左侧卧位时，十二指肠潴留消失，这对本综合征的诊断很有帮助。
同时进行主动脉造影和钡剂检查可以显示十二指肠受压与肠系膜上动脉的关系，肠系膜上动脉与腹主动脉之间的变狭角度，以及肠系膜上动脉的异常走行，但临床上很少需用主动脉造影的方法。
要排除十二指肠梗阻的其他病因，诸如屈氏韧带附近的炎性肿块、先天性巨十二指肠、环状胰腺、十二指肠隔膜和肿瘤，后两者可用纤维内窥镜检查帮助诊断。症状不典型者，尚需排除胃、十二指肠溃疡、胆石症、胆囊炎、胰腺炎和十二指肠炎等可能。近年来已有慢性十二指肠梗阻合并溃疡病或胰腺炎的报道，诊断时需加以注意。