非小細胞肺癌Ⅰ期和Ⅱ期的治療選擇手術切除；Ⅳ期或伴有惡性胸腔積液的ⅢB期的病人不行手術，T3N0M0或T3N1M0分類的病人（因胸壁侵犯）應考慮手術切除。手術切除應在無禁忌證，也就是沒有肺外擴散，氣管內腫瘤位置不太靠近氣管以及無其他嚴重情況（如冠心病或慢性阻塞性肺病的肺功能不全）下進行。對所有考慮手術的病人均應作胸部和上腹部（包括肝和腎上腺)CT掃描。對考慮手術的病人如出現任何神經癥狀和體征（如顱神經麻痹，視野改變，神志不清或定向力障礙），需進行MRI和CT掃描。如病人主訴骨痛，或觸痛，或因骨質破壞增加導致血清堿性磷酸酶升高時，需行放射性核素骨掃描。
老年病人并不排除在手術切除之外，肺癌在老年人中具高度侵襲性。肺癌未治療的病人生存期常<8個月。相比較而言，美國70歲老人的平均預期壽命為男性11.1年，女性14.8年。限制生存的因素是腫瘤，不是年齡。
為安全起見，中心性支氣管內病變需要作肺切除并摘除鄰近的淋巴結。擴散到胸壁的腫瘤可以整塊切除；有報道手術后放療有好處，尤其是肺尖部腫瘤。
采用新輔助化療能顯著減少腫瘤負荷并提高痊愈及總生存率。某些有關新輔助化療的研究顯示其有較好的前景。然而，綜合所有研究結果，對其在非小細胞肺癌手術切除或定量放療中的作用，尚無法形成統一意見。