心血管系統ACh對心血管系統主要產生以下作用：
（1）血管擴張作用：靜注小劑量本品可由于全身血管擴張而造成血壓短暫下降，并伴有反射性心率加快。ACh可引起許多血管擴張。如肺和冠狀血管。其擴血管作用主要由于激動血管內皮細胞M，膽堿受體亞型，導致內皮依賴性舒張因子（EDRF）即一氧化氮（nitric oxide，No）釋放，從而引起鄰近平滑肌細胞松弛，也可能通過壓力感受器或化學感受器反射引起。如果血管內皮受損，則ACh的上述作用將不復存在，相反可引起血管收縮。此外，ACh通過激動交感神經末梢突觸前膜M1受體，抑制去甲腎上腺素能神經末梢釋放NA也與ACh擴血管作用有關。
（2）減慢心率：亦稱負性頻率作用。ACh能使竇房結舒張期自動除極延緩，復極化電流增加，使動作電位到達閾值的時間延長，導致心率減慢。
（3）減慢房室結和普肯耶纖維傳導：即為負性傳導作用。ACh可延長房室結和普肯耶纖維（Βurkinje fibers）的不應期，使其傳導減慢。當使用強心苷使迷走神經張力增高或全身給藥法使用大劑量膽堿受體激動藥時所出現的完全性心臟傳導阻滯常與房室結傳導明顯抑制有關。
（4）減弱心肌收縮力：即為負性肌力作用。一般認為膽堿能神經主要分布于竇房結、房室結、普肯耶纖維和心房，而心室較少有膽堿能神經支配，故ACh對心房收縮的抑制作用大于心室。但由于迷走神經末梢與交感神經末梢緊密相鄰，迷走神經末梢所釋放的ACh可激動交感神經末梢突觸前M膽堿受體，反饋性抑制交感神經末梢去甲腎上腺素釋放。使心室收縮力減弱。
（5）縮短心房不應期：ACh不影響心房肌的傳導速度，但可使心房不應期及動作電位時程縮短（即為迷走神經作用）。