受感染的幼虫，逐渐蠕动到距地表二至三厘米的地方，头上尾下而死。这就是“冬虫”。幼虫虽死，体内的却日渐生长，直至充满整个虫体。来年春末夏初，虫子的头部长出一根紫红色的小草， 高约二至五厘米，顶端有菠萝状的囊壳， 这就是“夏草”。虫草这时发育得饱满，体内有效成份，是采集的季节。云南省迪庆、怒江州是我国虫草的主要产地之一。
正宗的冬虫夏草从其生长环境来分有两种，高原草甸的草原虫草和高海拔阴山峡谷的高山虫草，由于生长环境和土质的差异，它们在色泽和形态方面有些许区别，草原虫草为土黄色，虫体肥大，肉质松软；高山虫草为黑褐色，虫体饱满结实。因草原地域辽阔，是主产地，市面流行多为此品种。而高山虫草源稀少，但古医书记载的多是这种。从营养成分说，两者差不多，但无论哪种都是以天然本质为贵，一旦染色或受污染，就失去价值。
每年的8月下旬开始，冬虫夏草的寄主蝙蝠蛾幼虫遇到借助风力或雨水传播的冬虫夏草子囊孢子，在环境条件适宜时被侵染，被侵染幼虫行动迟缓，10月份2–9℃时爬至近地表处死亡呈僵虫。冬虫夏草菌吸收虫体营养进行生长繁殖致使虫体内长满菌丝继而形成子座。11月至次年2月份，地温极低，子座生长非常缓慢甚至停止生长；5月，温度升至4–10℃，土壤解冻，僵虫体表长出菌丝并与土壤黏结成一层膜皮，子实体迅速向上生长至20–50毫米的棒状子实体，露出地面；6–7月中下旬，子实体头部逐渐膨大，子囊孢子在适宜的温湿度、光照下成熟并弹射出来，此时，地下僵虫腐烂，子实体空心，扩散出来的孢子借助风、水再去感染蝙蝠蛾幼虫。天然状态下，冬虫夏草完成无性和有性世代需要约3年的时间。
子囊壳：在子座顶部，黑褐色，壳口突出，具稍尖的不育顶部，基部幼时具绒毛，成熟后绒毛脱落；子囊圆柱状，无色，具线状开口，内含2个子囊孢子，大小为（175-）190-305（-312）微米×（7.5-）7.8-9.5（-10）微米。孢子：子囊孢子线状，无色，薄壁，成熟后多分隔，大小为（118-）120-262（-270）微米×（4.5-）5-6（-6.5）微米，平均长L=204微米，平均宽W=5.46微米，长宽比Q=37.3（n=30/1）。