W III stopniu odmrożeń dochodzi do uszkodzenia skóry i tkanki podskórnej. Również pojawia się zakrzepica drobnych naczyń, a także krwotoczne pęcherze. Wskutek nieodwracalnego zniszczenia zakończeń nerwowych, dochodzi do utraty czucia. Jest to zjawisko trwałe, którego nie da się przywrócić nawet po ogrzaniu skóry. Jeżeli w trakcie leczenia nie dojdzie do zakażenia, w procesie gojenia dojdzie do samoistnej demarkacji –oddzielenia palców, czy innej odmrożonej części, którą następnie należy amputować.

Odmrożenia głębokie (IV stopień) obejmują skórę, tkankę podskórną i głębsze tkanki aż do kości. W obszarze odmrożonym nie jest wyczuwalne tętno, gdyż dochodzi do nieodwracalnej zakrzepicy naczyniowej. W obrazie klinicznym występuje niewielki obrzęk skóry o brunatnym lub czarnym zabarwieniu. Leczenie jest długotrwałe i bolesne, najczęściej prowadzi ono do chirurgicznego usunięcia martwiczych tkanek.

W zależności od stopnia odmrożenia stosuje się różne schematy postępowania leczniczego. Wśród leków stosuje się takie, które poprawiają przepływ krwi w drobnych naczyniach, lub leki rozszerzające naczynia skórne, oraz przeciwbólowe. Bardzo ważna jest cierpliwość, gdyż bardzo często udaje się uratować przed amputacją pozornie nekrotyczne palce.