In den Stadien I und II ist eine Operation das Mittel der Wahl. Sind im Stadium IIIA und IIIB die Lymphknoten lediglich minimal von Tumorzellen befallen, ist auch hier ein operativer Eingriff möglich.

Der Arzt wählt die Operationsmethode je nach Lage und Ausdehnung des Tumors, dem Allgemeinbefinden, der Atemfunktion und dem Alter des Patienten aus. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, wie bei jedem großen Eingriff, wie belastbar die lebenswichtigen Organe sind. Auch die Konsequenzen, die aus dem Verlust an Lungengewebe, z.B. für die Atemfähigkeit entstehen, sind sorgfältig zu bedenken. Um den Tumor und die von Tumorzellen befallenen Lymphknoten vollständig zu entfernen, muss immer auch ein Teil gesunden Gewebes mit entnommen werden. Dabei wird natürlich der Verlust an Lungengewebe so gering wie möglich gehalten.

Am häufigsten wird ein Lungenlappen entfernt (Lobektomie. Überschreitet der Tumor die Grenze zweier Lungenlappen, können auch beide entfernt werden (Bilobektomie). Bei sehr großen Tumoren wird sorgfältig abgewogen, ob ein kompletter Lungenflügel entfernt werden sollte. Ausschlaggebend sind hier die gesundheitlichen Risiken für den Patienten sowie die spätere Beeinträchtigungen seiner Atemtätigkeit. Vom Tumor befallene Nachbarorgane werden, soweit möglich, mit entfernt.

Ist eine Operation in den frühen Stadien (Stadien I und II) nicht möglich, wird oft eine Strahlentherapie eingesetzt. Man bestrahlt dabei das befallene Gewebe mit energiereichen elektromagnetischen Wellen von außen, um die Krebszellen abzutöten. Die Wirkung der Strahlen wird möglichst auf den Körperbereich beschränkt, in denen der Tumor sitzt, um benachbarte Areale zu schützen. Sitzt der Tumor tiefer im Körper, führt der Weg der Strahlen jedoch zwangsläufig auch durch darüber liegendes, gesundes Gewebe. Damit sich gesundes Gewebe erholen kann, wird in vielen Abschnitten (4 bis 5 Einzelbestrahlungen pro Woche) mit geringer Dosis bestrahlt. Bösartige Tumorzellen erholen sich in den Pausen weniger gut.

Die Strahlentherapie wird außerdem nach einer Operation eingesetzt, wenn der Tumor nur unvollständig entfernt werden konnte und/oder befallene Lymphknoten im Raum zwischen Brustbein und Brustwirbelsäule (Mediastinum) gefunden wurden.

Nach neueren wissenschaftlichen Untersuchungen scheinen Patienten mit lokal fortgeschrittenem Lungenkrebs oder Fernabsiedlungen (Metastasen) langfristig von einer Kombination aus Bestrahlung und Chemotherapie zu profitieren, so dass eine spätere Operation möglich werden kann.

Die medikamentöse Behandlung mit Zellgiften (Zytostatika) kann in Tablettenform oder in löslicher Form als Infusion erfolgen. Die Chemotherapie wird von Medizinern als systemische Therapie bezeichnet, da die Medikamente über das Blut in den gesamten Körper (das System) gelangen und so auch Krebszellen außerhalb der Lunge zerstören können. Man unterscheidet das Behandlungsschema – je nach Erkrankungsstadium und Therapieziel – vor der Operation (neoadjuvante Chemotherapie), nach der Operation (adjuvante Chemotherapie) und lindernd ohne Operation (palliative Chemotherapie).

• Adjuvante Chemotherapie
  Vor allem in den Stadien I bis IIIA werden Patienten im Anschluss an eine Operation medikamentös mit Zytostatika behandelt, um Fernabsiedlungen des Tumors (Metastasen) zu verhindern und ein Wiederauftreten des Tumors (Rezidive) zu vermeiden. Diese Therapie wird derzeit vor allem in großen Studien eingesetzt, da Langzeitbeobachtungen bei Patienten noch widersprüchlich sind.
• Neoadjuvante Chemotherapie
  Diese Therapie bezweckt, einen ausgedehnten Tumor zu verkleinern, um danach ihn und eventuell vorhandene Kleinstmetastasen möglichst vollständig operativ und/oder strahlentherapeutisch zu vernichten. Die neoadjuvante Chemotherapie wird vor allem im Stadium III eingesetzt.
• Palliative Chemotherapie
  Ist die Erkrankung so weit fortgeschritten, dass sie nicht mehr heilbar ist, kann eine Chemotherapie das Tumorwachstum aufhalten, die Symptome zu lindern und somit die Lebensqualität erhalten.