肱深动脉为肱动脉分支，在大圆肌的稍下方起自肱动脉后内侧，与桡神经伴行，经桡神经沟绕行至肱骨下端的外侧，延续为桡侧副动脉，沿途发出许多小肌支，分布于三角肌、肱三头肌和肱骨；在桡神经沟内发出中副动脉参加肘关节网的构成。在大圆肌下缘的稍下方起于肱动脉后内壁，与桡神经一起经肱三头肌内侧头和外侧头之间转入臂后区的桡神经沟中。肱骨中部骨折时，易损伤肱深动脉和桡神经。肱深动脉绕至臂后区分出一升支，与旋肱后动脉的降支吻合，本干与桡神经伴行，向下分两终末支，即桡侧副动脉和中副动脉。桡侧副动脉随桡神经走在肘外侧沟内，中副动脉从臂后部下降，与桡神经的分支伴行，进入肘内侧沟内。这两条血管都参与组成肘关节网。