แพทย์จะรับตัวไว้รักษาในโรงพยาบาล เพื่อตรวจหาสาเหตุและให้การรักษาตามสาเหตุ ดังนี้
1. ในรายที่เป็นโรคสมองขาดเลือดชั่วขณะ (TIA) ซึ่งมีอาการเพียงชั่วขณะแล้วหายเป็นปกติได้เอง แพทย์จะให้ยาควบคุมโรคหรือภาวะที่เป็นปัจจัยเสี่ยง เช่น ความดันโลหิตสูง เบาหวาน ไขมันในเลือดผิดปกติ เป็นต้น และให้ยาต้านเกล็ดเลือด เพื่อป้องกันไม่ให้เกิดลิ่มเลือดอุดตันหลอดเลือดขึ้นใหม่ ยาที่ใช้ได้แก่ แอสไพริน ขนาด 81-325 มก. วันละครั้ง ทุกวัน ในรายที่กินแอสไพรินไม่ได้ จะให้โคลพิโดเกรล (clopidogrel) แทน
ในรายที่ตรวจพบว่า หลอดเลือดแดงที่คอ (carotid artery) มีการตีบมากกว่าร้อยละ 70 อาจต้องทำการผ่าตัดหลอดเลือด (endarterectomy) เพื่อขจัดแผ่นคราบไขมันและลิ่มเลือดออกไป บางรายอาจใช้บัลลูนขยายหลอดเลือดและใส่หลอดลวดตาข่าย (stent)
ผลการรักษา สำหรับโรคสมองขาดเลือดชั่วขณะ การได้รับการรักษาโดยเร็วและต่อเนื่อง นอกจากป้องกันไม่ให้อาการของโรคนี้กลับมากำเริบใหม่แล้ว ยังช่วยลดความเสี่ยงต่อการเกิดโรคสโตรกตามมาได้ถึงร้อยละ 80 อีกด้วย
2. ในรายที่เป็นสโตรกที่เกิดจากสมองขาดเลือดจากการอุดตัน (หลอดเลือดสมองตีบและสิ่งหลุดอุดตันหลอดเลือดสมอง) นอกจากให้การรักษาตามอาการ (เช่น ให้น้ำเกลือ ช่วยการหายใจ ควบคุมชีพจรถ้าเต้นแผ่วระรัว ยาลดไข้ถ้าไข้สูง ให้ยาลดความดันโลหิตถ้าสูงมาก) แล้ว เมื่อถ่ายภาพสมองยืนยันว่าเกิดจากภาวะนี้ (ไม่ใช่เลือดออกในสมอง) แพทย์ก็จะพิจารณาให้ยาละลายลิ่มเลือด (thrombolytic agent) ได้แก่ recombinant tissue-type plasminogen activator (rt-PA) เข้าทางหลอดเลือดดำเพื่อเปิดทางให้เลือดไหลไปเลี้ยงสมอง ทำให้เซลล์สมองไม่ตาย ช่วยให้ผู้ป่วยฟื้นคืนสู่ปกติได้เร็ว ยานี้จะได้ผลดีต้องให้ภายใน 4 ชั่วโมงครึ่ง (270 นาที) นับแต่เริ่มเกิดอาการ และผู้ป่วยจะต้องไม่มีภาวะที่เป็นข้อห้ามในการใช้ยานี้ (เช่น หมดสติ ชักเมื่อแรกมีอาการ ความดันโลหิต > 185/110 มม.ปรอท เกล็ดเลือดต่ำ ได้รับยาต้านการแข็งตัวของเลือด ภาวะการแข็งตัวของเลือดบกพร่อง มีภาวะเลือดออก เป็นต้น)
ในบางกรณี แพทย์อาจให้สารกันเลือดเป็นลิ่ม (anti-coagulant) ได้แก่ เฮพาริน (heparin) ในผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจห้องบนเต้นแผ่วระรัว โรคลิ้นหัวใจพิการ หรือมีความเสี่ยงต่อการเกิดลิ่มเลือดซ้ำ ถ้าให้ตามหลังยาละลายลิ่มเลือด (tPA) ควรทิ้งช่วงให้ห่างอย่างน้อย 24 ชั่วโมงขึ้นไป
หลังจากอาการคงที่แล้ว แพทย์จะให้ยาต้านเกล็ดเลือด (เช่น แอสไพริน, โคลพิโดเกรล) ให้ยาควบคุมโรคหรือภาวะที่เป็นสาเหตุ และทำการฟื้นฟูสภาพ โดยการทำกายภาพบำบัดและการใช้อุปกรณ์ช่วย
ในรายที่ตรวจพบมีหลอดเลือดแดงที่คอตีบ อาจให้การรักษาด้วยการผ่าตัดหลอดเลือด หรือใช้บัลลูนขยายหลอดเลือด
ผลการรักษา ขึ้นกับความรุนแรงของโรค ถ้าเป็นเล็กน้อยและได้รับการรักษาอย่างถูกต้องตั้งแต่แรกก็อาจหายเป็นปกติ หรือฟื้นสภาพได้จนเกือบปกติ จนช่วยตัวเองได้ พูดได้ เดินได้ แต่อาจใช้มือไม่ถนัด ในรายที่เป็นรุนแรงหรือไม่ได้รับการรักษาทันท่วงที ก็มักจะมีความพิการหรือบกพร่องทางร่างกาย ซึ่งต้องการการดูแลจากผู้อื่น นั่งรถเข็น หรือใช้อุปกรณ์ช่วยเดิน
ส่วนน้อยที่จะพิการรุนแรงจนต้องนอนอยู่บนเตียง และต้องการผู้ดูแลตลอดเวลา หรือรุนแรงถึงขั้นเสียชีวิตขณะพักรักษาอยู่ในโรงพยาบาล
โดยทั่วไปการฟื้นตัวของร่างกายมักจะต้องใช้เวลา ถ้าจะดีขึ้นก็จะเริ่มมีอาการดีขึ้นให้เห็นภายใน 2-3 สัปดาห์ และจะค่อย ๆ ฟื้นตัวขึ้นเรื่อย ๆ จนสามารถช่วยตัวเองได้หรือหายจนเกือบเป็นปกติ
3. ในรายที่เกิดจากหลอดเลือดสมองแตก ให้การรักษาตามอาการ เช่น ให้น้ำเกลือ ใส่ท่อหายใจและเครื่องช่วยหายใจ ควบคุมความดันโลหิตถ้าสูงรุนแรง เป็นต้น ในรายที่มีก้อนเลือดในสมองอาจจำเป็นต้องทำการผ่าตัดสมองแบบเร่งด่วน ส่วนในรายที่มีเลือดออกเพียงเล็กน้อยและไม่กดถูกสมองส่วนสำคัญ ก็อาจไม่ต้องผ่าตัด เมื่อปลอดภัยแล้วจึงค่อยทำการฟื้นฟูสภาพต่อไป
ผลการรักษา ขึ้นกับตำแหน่งและปริมาณของเลือดที่ออก สภาพของผู้ป่วย (อายุ โรคประจำตัว) และการเกิดภาวะแทรกซ้อนต่าง ๆ
ถ้าเลือดออกในก้านสมองจะมีอัตราตายสูงถึงร้อยละ 90-95 เมื่อพบภาวะนี้มักจะไม่สามารถให้การบำบัดรักษา
ถ้าก้อนเลือดมีขนาดใหญ่ และแตกเข้าโพรงสมอง จะมีอัตราตายถึงร้อยละ 50
ถ้าเลือดออกที่บริเวณผิวสมอง หรือก้อนเลือดขนาดเล็ก และไม่แตกเข้าโพรงสมองจะมีอัตราตายต่ำ
ผู้ป่วยที่มีอาการรุนแรง หากรอดชีวิต ก็มักจะมีความพิการอย่างถาวร บางรายอาจกลายสภาพเป็นผักหรือคนนิทรา (vegetative state) อยู่นานหลายปี ในที่สุดมักเสียชีวิตจากภาวะแทรกซ้อน เช่น ปอดอักเสบ โรคติดเชื้อต่าง ๆ
ส่วนผู้ป่วยที่มีอายุน้อย ซึ่งมักเกิดจากการแตกของหลอดเลือดที่ผิดปกติที่เป็นมาแต่กำเนิด ถ้าแตกตรงตำแหน่งที่ไม่สำคัญ และได้รับการรักษาอย่างถูกต้องตั้งแต่แรก มักจะสามารถฟื้นหายได้เป็นปกติ
ผู้ป่วยหลังผ่าตัดบางราย แม้ว่าร่างกายจะฟื้นตัวได้ดี แต่อาจมีโรคลมชักแทรกซ้อนตามมา ซึ่งจำเป็นต้องกินยากันชักควบคุมอาการตลอดไป