Operacija migrene se običajno uporablja kot zadnja možnost, ko druge metode zdravljenja niso bile uspešne, saj obstajajo možni zapleti, povezani s katerim koli kirurškim posegom. Na voljo je več vrst operacij migrene, odvisno od osnovnega vzroka glavobola. Najbolj priljubljeni postopki vključujejo arterijsko kirurgijo, zaprtje ovalnega foramena in sprožitev sprožilnega mesta. Stimulacija hrbtenjače je lahko dobra izbira za tiste, ki vsak mesec trpijo zaradi večkratnih napadov migrene. O vseh posebnih vprašanjih ali pomislekih glede različnih vrst operacij migrene ali najprimernejšega postopka za posamezno situacijo se je treba pogovoriti z zdravnikom ali drugim zdravstvenim delavcem.
Arterijska kirurgija je najpogosteje izvajana vrsta operacije migrene in je indicirana v primerih, ko je povečana ena ali več vej karotidne arterije, ki se nahajajo v vratu. Ko se te žile kirurško popravijo, večina bolnikov občuti lajšanje bolečin in prenehanje povezanih simptomov migrene, kot sta slabost in občutljivost za svetlobo in zvok. Zarezi pri tovrstnem posegu so običajno nameščeni znotraj lasišča, tako da ni vidnih brazgotin, resni zapleti pa so redki.
Patentno zaprtje foramen ovale je oblika operacije migrene, ki se uporablja, ko je v srcu luknja zaradi prirojene okvare. Dokazano je, da ta okvara povzroča kronične migrene, ki se pogosto ne odzivajo na bolj tradicionalne metode zdravljenja. S tem kirurškim posegom so povezana velika tveganja, saj lahko nenamerna poškodba srčnega tkiva povzroči srčni zastoj ali smrt.
Sprostitev sprožilnega mesta se lahko izbere kot prednostna vrsta operacije migrene v situacijah, ko se domneva, da so glavoboli posledica vnetih ali poškodovanih živcev. Glede na specifične živce, ki so bili poškodovani, lahko sprostitev sprožilnega mesta vključuje kirurško odklop prizadetega živca ali striženje bližnje mišice in ponovno pritrditev zdravih koncev. Delna paraliza je med najpogostejšimi zapleti, ki nastanejo pri tem posegu.
Stimulacija hrbtenjače je rezervirana za tiste, ki trpijo za hudimi migrenami večkrat na mesec in se niso odzvali na druge možnosti zdravljenja. Naprava, znana kot stimulator hrbtenjače, je kirurško implantirana pod predel kože, ki pokriva hrbtenico, in je zasnovan tako, da prekine signale bolečine. Napravo je mogoče odstraniti, če ta način zdravljenja ne zagotavlja zadostnega lajšanja bolečin.