W pewnych okolicznościach uwolnienie tlenku azotu poprzedza rozluźnienie mięśni w ciałach jamistych i ciałach gąbczastych, w procesie podobnym do podniecenia u kobiet. Tkanka gąbczasta wypełnia się krwią z tętnic biegnących wzdłuż penisa. Niewielka ilość krwi dostaje się do ciał jamistych prącia; pozostała część wypełnia ciała jamiste, które powiększają się i mieszczą 90% krwi potrzebnej do erekcji, zwiększając swoją długość i średnicę. Funkcją ciał jamistych jest zapobieganie uciskowi cewki moczowej podczas erekcji.
Krew może opuścić tkankę erekcyjną tylko poprzez system drenażowy żył wokół zewnętrznej ściany ciał jamistych. Rozszerzająca się tkanka gąbczasta naciska na otaczającą ją gęstą tkankę (tunica albuginea) zwężającą te żyły, uniemożliwiając krwi opuszczenie ich. W wyniku tego penis staje się sztywny. Żołądź penisa, rozszerzona nasada ciał jamistych, pozostaje bardziej plastyczna podczas erekcji, ponieważ jej tunika biaława jest znacznie cieńsza niż w innych częściach penisa.