大熊猫的妊娠期平均约为5个月，但由于其受精卵存在延迟着床现象，妊娠时间变化范围甚大，为72～324天。在妊娠期间，怀孕大熊猫的食欲有一个恢复（配种结束后）、增加（妊娠中期）、减少（产前1个月左右开始）到食欲基本废绝（临产前几天）的过程。而假妊娠也可能出现类似的食欲变化过程。在妊娠后期怀孕母兽活动减少、行动小心、多睡、乳房明显肿大、外阴轻度肿胀、出现筑巢等抚幼行为。

分娩前大熊猫会出现一些典型的表现，如乳房肿胀、外阴肿大、烦躁不安、咩叫、频繁舔阴、尿频、努责、破羊水等行为和现象。临产时80%为舔阴行为，时间可达2小时。其产程（从动物努责开始到胎儿娩出）长短的个体差异较大，一般3～5小时。但2006年卧龙一例因巨型胎儿引起难产，使产程长达36小时20分，而重达218克的胎儿（为正常胎儿的2倍）仍是活着的，母仔平安。

分娩期一般在7～9月。但也有例外，当年配种产仔的最早记录为5月27日（泰国），最晚记录在12月。在大凉山马边也曾经发现有5月下旬或6月初降生的幼仔。一个特殊的例子是大熊猫“吉妮”于2006年4月初配种，怀孕近11个月后，于2007年2月23日才产仔，怀孕324天。跨年产仔的例子近年日渐多起来（如日本白滨），雌性大熊猫多在秋季完成配种，翌年1～2月产仔，但怀孕期在正常范围内。

大熊猫产仔多在古树空洞，也有在石洞，还有在树干基部筑巢的。它们在树洞营巢，衔入树枝作为铺垫，石洞内的铺垫物较树洞多些，尤以树干基部筑巢铺垫更厚。洞内十分黑暗，但温度较稳定。哺幼时，母体常坐在洞内，并将背部堵住洞口。这不仅可以避风寒，还可提高洞内温度。整个9月，由于外界环境十分僻静，母体几乎很少离开树洞，10月以后，离洞时间较多，但仍在附近觅食和饮水。产仔洞周围环境地形都较平缓，植被和竹类资源丰富，环境安静，水源很近，若无人为干扰，要到11月才带仔离洞，但在休息时仍常住该域内的其它旧洞。

若母兽产下第一仔后不久，再次出现努责并伴有羊水出现，则可能产第二仔，甚至第三仔。大熊猫一般一胎产一仔或二仔，偶有三胞胎的情况，但母兽每胎只养1只（有的初产母兽不会哺育），育幼能力低下，因而幼仔存活率约占30%左右，这是构成大熊猫“育幼成活难”的基本原因。

不少配种甚至发情后的雌性大熊猫有假妊娠现象，这可能是大熊猫特有的一种生理现象，也可能是流产或胎儿在早期被母体吸收。

产仔后母熊猫十分疲倦，好睡，在2～3天内不吃不喝，但其母性较强。哺乳时，母兽用前肢抱着幼仔坐着，幼仔趴在母体腹部吸奶，吸完一边，母体便用前肢托着幼仔，并用嘴协助把幼仔拉到另一边再吸。第一个月，幼仔昼夜吸奶达10～12次，每次吸吮1分钟到30分钟不等。刚出生的幼仔叫声特别大，在一个多月里，母兽一直把它抱在怀里。幼仔啼叫时，母兽不断舔它的身体，有时甚至衔起走动。偶尔幼仔出了怀抱，母兽也极不轻易让其离开。睡觉时，母兽也用前肢抚抱住。若幼仔趁母兽熟睡而去玩耍，一经母兽发觉，便立即将它衔回窝，搂抱怀中。