冬虫夏草菌的生物学特性与环境和寄主蝙蝠蛾昆虫的特性有着紧密的关系,与其寄主的垂直分布相一致。在高山草甸中，完成一个有性世代需352 ~ 379天。每年6月中旬后，特别是到了七八月份，正是蝙蝠蛾幼虫一年中第2次蜕皮（7~8月份）时，自然条件下，蝙蝠蛾幼虫的蜕皮和冬虫夏草菌子囊孢子成熟弹射，基本上都发生在同一时间段内。
真菌的孢子及菌丝在遇到虫草蝙蝠蛾幼虫后，使出浑身的解数对其入侵。它们浸染蝙蝠蛾幼虫的途径有二：一是从口而入。子囊孢子被弹射到土中后，有的就黏附在植物的根部，有的就发芽形成菌丝或菌落，当蝙蝠蛾幼虫将粘有子囊孢子或菌丝段（或菌落）的食物吃到腹中后，子囊孢子或菌丝就通过消化道，进入其机体。二是从皮肤而入。蝙蝠蛾幼虫的表皮，虽然能抵御外敌的侵袭，但子囊孢子及菌丝在化学酶或物理力量的作用下，仍然能穿透蝙蝠蛾幼虫的表皮，侵袭其机体。其中以体壁接触的直接侵入是主要的途径，因为虫草真菌的孢子萌发时能分泌几丁质酶，使其菌丝穿透昆虫体表，直接进入虫体的血腔。进入虫体内的菌丝多断裂成圆筒形的菌丝段，进而形成梭形的虫菌体在淋巴中生长繁殖。虫菌体呈梭形，大小为（1.5 ~ 2.5）微米x （21.5 ~ 30）微米。进入虫体内部的虫菌体以出芽或断裂方式等增殖、膨大，并迅速生长发育为菌丝，吸取虫体内的蛋白质、脂肪、体液作为自身营养而生长。此时幼虫因中毒性反应而停止进食，并出现麻痹症状，行动迟缓。菌丝在幼虫体内迅速蔓延，以至充满整个虫体体腔，数天后，虫体则表现为烦躁不安，并慢慢靠向附近分布的植物根系，潜入地表下4 ~ 8厘米 处。被感染的蝙蝠蛾幼虫的外壳，便会出现明显的褪色，常由深褐色变为淡黄色，直到全身披上灰白色的菌丝。约在10月份地温2~9℃时，幼虫死亡，形成头部倾斜向上、尾部向下的僵虫。此时的虫草蝙蝠蛾幼虫已经死亡，而留在其壳内的冬虫夏草真菌却生活得十分美满。随着地温不断下降，真菌为了迎接冬天的到来，菌丝不断缠绕，在蝙蝠蛾幼虫的体内形成了菌核，以保护冬虫夏草真菌度过严冬。
到10月末，真菌菌核首先在僵虫体的表面长出菌丝，并与土壤黏结成一层膜皮。接着，从僵化幼虫头部的脱裂线开始长出能孕育后代的子座。 11月份到次年2月份，气候寒冷，地温极低，子座生长非常缓慢甚至停止生长。到了3月下旬、4月初，大地回春时，真菌恢复了生命的活力，为繁衍下一代而开始忙碌，在子座顶端的子囊壳中孕育担负传宗接代的孢子。4月中旬是子座迅速生长期，地温回升到15℃时，子座在土壤内生长得很快，平均每天以3毫米左右的速度向地面生长，呈白色略带一点灰色。5月初，冰雪融化，土层解冻，子座长出表土，由于受到阳光的照射，其生理发生了一系列的变化，生长速度骤然减慢。10~ 20天后其生长速度再一次减慢，子座呈现棕褐色，顶部开始膨大成圆柱状的子囊座，子囊座内有许多子囊壳，子囊壳内有子囊，每一个子囊含有2~ 8个线性子囊孢子。到出土第25天，子座多已长至40毫米，生长停止。出土48天后，子囊孢子成熟，成熟后的孢子弹射入土再感染虫体，进入下一个世代，此时地下虫体腐烂，子座开 始萎缩。
另一类昆虫螨类，在冬虫夏草子座的生长后期进入它的体内，咬食其地下部分，使其腐化，生命终结。虽然虫草蝙蝠蛾幼虫被虫草的子座消耗了，冬虫夏草的子座也被螨类侵食腐烂了，但虫草子座顶端的子囊孢子却生机勃勃，它重新去寻找新一代的蝙蝠蛾幼虫寄主，为繁殖下一代而劳作。就这样，冬虫夏草代代生息，周而复始。
蝙蝠蛾幼虫体被冬虫夏草菌感染寄生的自然百分率为2.6% ~16.1%，以4~5龄期幼虫的感染率最高，约占总感染率的90%左右。处于刚蜕去旧表皮而新表皮尚属初生阶段的4~5龄期幼虫最易被感染，老熟 6龄虫很少被感染，3龄以下幼虫不被感染，这与蝙蝠蛾幼虫不同龄期的活动、取食和体内抗菌物质的强弱有关。在自然情况下，幼虫第2次蜕皮高峰期（8月上旬至下旬）的土壤温度在6.5~9.2℃之间，与幼虫最适生长温度（6 ~ 12℃）基本相一致，而土壤的含水量在40%以上，有利于冬虫夏草菌子囊孢子渗入土壤，并在高湿环境中萌发，加之此时的日夜气温变化幅度大，平均可达13℃左右，地温变化幅度亦相对增大，幼虫随温度变化上下转移的频率亦随之增加，因而与冬虫夏草菌子囊孢子接触的机会亦相对增加，从而使其感染率增高。
