El procedimiento se efectúa con anestesia general e intubación endotraqueal, con el paciente en decúbito dorsal, cuello hiperextendido y un cojín bajo los hombros, para una mejor exposición. El cirujano se coloca a la cabeza del paciente. Se realiza una pequeña incisión inmediatamente por encima de la horquilla esternal en forma vertical separando los músculos pre-traqueales en el rafe medio para exponer la fascia pre-traqueal, por debajo del istmo tiroideo. Se abre esta fascia para entrar a un plano muy poco vascularizado, de tejido laxo, alrededor de la cara anterior y lateral de la tráquea y el origen de los dos bronquios principales ^{(2, 3,4)}.  Mediante disección digital se crea un túnel entre esta fascia y las paredes traqueales, que alcanza hasta la bifurcación de esta última y que va a permitir la introducción del mediastinoscopio, al mismo tiempo que permite la palpación de toda la zona, identificando aquellos ganglios linfáticos aumentados de tamaño. Ver Fig. 2. En este instante se introduce el mediastinoscopio hasta el mediastino superior, identificando los ganglios y tomando muestras de todos ellos. No es necesario extraer completamente cada ganglio, sino que basta tomar una muestra adecuada. En forma rutinaria debe tomarse muestras de los ganglios ubicados en ambos ángulos traqueo-bronquiales, subcarinales, cara anterior de tráquea y para-traqueales, en especial los ipsilaterales.

No se debe realizar nunca una biopsia a ciegas y ante cualquier duda, es preferible efectuar una punción previa de la zona sospechosa. Si bien es cierto los ganglios pueden encontrarse a ambos lados de la tráquea y ángulos traqueo-bronquiales, el mayor número de ellos se encuentra al lado derecho de la tráquea, por debajo del origen de la arteria innominada. La vena ácigos puede identificarse sobre el bronquio principal derecho y el nervio recurrente izquierdo junto al ángulo traqueo-bronquial izquierdo. Puede existir sangramiento derivado de la superficie de los ganglios biopsiados, la mayor parte de las veces mínimo y fácilmente controlable con compresión o electrocoagulación Algunos autores colocan clips metálicos para identificar el sitio de la biopsia. Finalmente, la herida es cerrada y no necesita colocación de drenaje ^{(5, 6)}.