Se houver suspeita clínica de massa anexial ou pélvica ou a paciente não responder aos antibióticos entre 48 e 72 horas, realiza-se uma ultrassonografia, assim que possível, para excluir abscesso tubo-ovariano, piossalpinge e distúrbios relacionados com a doença inflamatória pélvica (p. ex., gestação ectópica, torção anexial). 

Suspeitando-se de doença inflamatória pélvica, realizam-se PCR de amostras cervicais para N. gonorrhoeae e C. Trachomatis (que é cerca 99% de sensibilidade e especificidade) e teste de gestação. Se a PCR não estiver disponível, empregam-se culturas. Mas infecção do trato superior é possível mesmo se amostras cervicais forem negativas. Pode-se também examinar o corrimento cervical utilizando-se coloração de Gram ou exame direto a fresco com soro fisiológico para se confirmar a presença de pus; entretanto, esses testes não são sensíveis nem específicos. 

Se não houver certeza do diagnóstico após a ultrassonografia, faz-se uma laparoscopia; o material peritoneal purulento observado durante a laparoscopia é o padrão-ouro para o diagnóstico.

A contagem de leucócitos do sangue pode estar elevada, e é o exame de escolha e definitivo para o diagnóstico. 

Se o teste de gestação for positivo, deve-se considerar gestação ectópica, que pode apresentar os mesmos sintomas.