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长骨的变长主要是由于骺板的成骨作用，是典型的“软骨内成骨”的过程。此处的软骨细胞分裂增殖，并从骨骺侧向骨干侧不断进行软骨成骨，使骨的长度增加，故骺板又称生长板（growth plate）。骺板软骨细胞的变化与初级骨化中心的形成过程相同，但变化顺序更明显。从骨骺端的软骨开始，到骨干的骨髓腔，骺板依次分为5个区。
此区又称为静止区或小软骨细胞区，位于骨骺的骨干侧，并与之相邻接。软骨细胞较小，呈圆形，单个或成对分布，总的数量比其他区的少。胞质内粗面内质网丰富，还有较丰富的脂滴和少量糖原。软骨基质呈弱嗜碱性，含有类脂和蛋白多糖，水分较多。软骨细胞含较丰富的类脂等营养物质，是为软骨增生区的细胞增殖做准备。软骨储备区基本上不存在间质性生长，新生软骨源于周围软骨膜的附加性生长。
位于软骨储备区深面。软骨细胞迅速分裂并呈扁平形，细胞的长轴垂直于骨的长轴，细胞沿骨的长轴形成多行并列的纵行软骨细胞柱（column of cartilage cell），细胞柱是由紧邻软骨储备区的软骨细胞分裂增殖而成。软骨细胞柱间的基质在纵切面上呈索状，称为基质纵隔，其中的胶原纤维是纵行的。
位于软骨增生区深面，又称软骨肥大区。从增生区到肥大区，软骨细胞几乎突然变成圆形，体积明显增大，细胞仍呈柱状排列，但细胞不再分裂。细胞柱之间的软骨基质甚薄，纵切面上呈窄条状。柱上半部的软骨细胞糖原含量很多，内质网、溶酶体和线粒体都比较丰富。有研究用原位杂交术检测不同年龄兔股骨头骺板的细胞，发现骺板静止区、增生区和成熟区的软骨细胞都有凋亡现象，以成熟区最多。从而证实软骨内成骨过程中软骨细胞主要以凋亡方式消亡。软骨细胞凋亡是软骨内成骨中实现由软骨向骨形成转换的主要步骤，过度凋亡或延迟凋亡都将导致骨骼发育异常。
此区紧接软骨成熟区，软骨基质纵隔有钙盐沉积，呈强嗜碱性，软骨细胞死亡，细胞膜和核膜全部破裂，细胞膜和线粒体上的钙完全消失。退化死亡的软骨细胞留下较大的软骨陷窝。
软骨钙化的机制和代谢过程不同于骨的矿化。软骨基质钙化的机制尚不十分清楚，一般认为是无机盐与有机基质相互作用的结果。Ⅱ型胶原为无机盐沉积提供框架，胶原网架之间含非胶原蛋白-蛋白多糖多聚体最丰富，由蛋白多糖和连接蛋白组成，这些强阴离子能结合钙，与羟基磷灰石有相当高的亲和力。研究表明，蛋白多糖多聚体可吸附到无机盐结晶的界面上，从而抑制结晶体的生长。因此，蛋白多糖多聚体不涉及无机盐结晶形成的开始，可能与无机盐结晶的生长有关。
位于骺板的最深部，有骨组织形成。来自软骨外的干骺动脉和骨外膜的骨祖细胞侵入死亡软骨细胞遗留的腔隙，骨祖细胞分化成为成骨细胞，在残存钙化软骨基质表面形成过渡型骨小梁。骺板增生区和成熟区的软骨细胞都呈纵行排列，这些细胞退化死亡后残留下相互平行的管状隧道，因此过渡性骨小梁均呈条索状，呈钟乳石样悬挂在钙化区的底部。骨小梁之间为隧道样初级骨髓腔，内有血管、造血组织、骨祖细胞和破骨细胞等。
上述骺板各区的变化是连续进行的，在正常情况下，骺板增生区内软骨细胞的增殖速度，与钙化区内软骨细胞变性和消除的速度相平衡。因此，骺板几乎保持稳定的厚度。骨干长度的增加，就是由于骺板增生区软骨细胞不断分裂增殖，并且当它们退化时又被骨组织取代的结果。到17~20岁时（存在个体差异）增生区内软骨细胞的增生减慢，最后停止，骺板软骨逐渐被骨组织取代，最终骺软骨完全消失，使骨骺的松质骨与干骺端的骨小梁连续，骨骺的骨髓腔与骨干的骨髓腔相通。骶板的消失过程称骺闭合（closure of the epiphysis）。骺板消失后，在长骨的干骺之间留下线性痕迹，称为骺线（epiphyseal line）。此后，骨不能再进行纵向生长。一个长骨的两个骨骺的闭合时间可能不相同，如胫骨的生长主要在近端骨骺，而股骨长度的增加主要发生在远端骨骺，这些知识对放射学和矫形外科学具有临床意义。
一旦骨骺的生长部建立起来，外侧骨形成环就会停止向骨骺继续延伸，从而保持了骨骺的生长部区域增生的软骨。这一外侧壳状骨组织环也被称作Lacroix环。在紧靠近Lacroix环的区域，保留有相对原始的间质细胞，这些细胞对保持骨干进一步向侧方生长具有重要作用。骨化环、间质细胞以及骨骺生长部的外侧部分被称为Ranvier区。Ranvier区的间质细胞的分化对骨干水平骨向外侧的生长及骨干的增粗起主要作用，骨干的增粗主要由骨膜下成骨完成。
长骨骨干横径的增大是由于骨外膜不断形成骨领所致。骨外膜内层骨祖细胞分化为成骨细胞，以膜内成骨的方式，使骨领不断加厚，骨干不断变粗；与此同时，在骨干的内表面，破骨细胞吸收骨小梁，使骨髓腔扩大。骨领表面的新骨形成与骨干内部的骨吸收速度十分协调，故骨干增长迅速，而骨干壁厚度的增大则比较缓慢。长骨骨骺的增大则与骨干不同，早在软骨雏形阶段，其两端依靠软骨间质性生长，使其迅速伸长变粗，骨干的两端已变得较大。大约至30岁长骨不再增粗。
长骨的骨骺和干骺端（骺板成骨区）呈圆锥形，比圆柱形的骨干粗大得多。因此，改建的关键是干骺端的直径如何从大变小。干骺端的骨外膜和骨内膜的活动与骨干的有所不同，骨外膜深层的破骨细胞十分活跃，进行骨吸收；而骨内膜面的骨组织生成比较活跃。干骺端改建的结果是其近骨干一侧的直径渐变小，成为新一段圆柱形骨干，新增的骨干两端又形成新的干骺端，如此持续不断地进行，直到长骨增长停止。
胎儿出生时，骨干初级密质骨由原始骨单位构成，且无内、外环骨板。原始骨单位或称原始哈弗斯系统，骨板仅有几层，大致呈同心圆排列在血管周围。其中的胶原纤维走向散乱，分层不明显，与改建后骨单位结构有所不同。原始骨单位的形成，是骨领在膜内成骨过程中，由于骨小梁逐渐加粗，并相互连接环绕血管周围，致使大部分间隙消失的缘故。此外，在骨领表面也形成临时性外环骨板，因为原始骨单位不断改建，外环骨板也不断遭到破骨细胞的侵蚀。大约1岁以后，原始骨单位渐被次级骨单位取代，初级密质骨改建为次级密质骨。在长骨原始骨单位改建中，骨干表面与中央管之间留下的一些来自骨外膜血管的通道，即为穿通管，其周围无环行骨板包绕。在次级骨单位最先形成的一层骨板与吸收腔之间总是存在一条明显的界线，即黏合线。最后形成的一层骨板为未矿化的类骨质，它与相邻已矿化的骨板之间显示一条线，称边界线（frontier line），类骨质矿化后边界线消失。类骨质矿化经历时间较长，初期的矿化程度不高，与钙、磷结合不牢，以致Ca 2+ 和P 3+ 容易从此层骨板中释放出来，因此该层骨板称代谢骨。骨板形成的速率可通过放射自显影或荧光物质（四环素等）予以测定，形成的速率因年龄而异。当骨单位接近完全形成时，骨板形成的速率均减慢。成人1个骨单位形成需4~5周。成年时，长骨不再增粗，其内、外表面分别形成永久性内、外环骨板。骨单位的改建，一般在内、外环骨板之间进行。