外科手術治療仍然是肺癌最有效的治療手段之一。把肺內病灶連同胸腔內可能發生轉移的淋巴結一同切除是手術治療必須遵循的原則，凡是通過術前各項檢查沒有發現肺外轉移，沒有侵犯胸內主要臟器，沒有出現惡性胸腔積液，而且身體主要臟器如心肺功能、肝腎功能可以耐受開胸手術的患者，都是外科手術的治療物件。
大多數接受手術的患者擔心術後傷口疼痛，害怕咳嗽會影響生活質量，但現在通過麻醉止痛泵和冷凍肋間神經止痛術已可以改變。可以負責任地講：現在國內進行肺切除手術同30年前相比，在手術安全性、手術死亡率、手術併發症發生率方面已經發生了很大變化，同發達國家相比一點兒都不差。
肺癌外科治療包括不同的手術切除方式，掌握好各種手術方式的適應症，能提高肺癌患者遠期生存率和生活質量。比如，肺葉切除加肺門縱隔淋巴結清除，這是當前最常用的肺癌手術方式，約佔肺切除總數的70％左右，它具有肺功能損失少、術後併發症少、手術死亡率低、遠期生存率高和患者生活質量好等優點，適用於大多數早、中期肺癌患者。如果沒有出現併發症，一般術後七八天就可以出院了。電視胸腔鏡輔助小切口的肺葉切除術，能進一步減少手術創傷，縮短住院時間。
不過，目前中、晚期肺癌仍佔較大比例，單側全肺切除加肺門縱隔淋巴結清除術是比較常用的手術方式。如果適應症掌握合適、手術操作規範，單側全肺切除術是很安全的，特別是有些患者已合併有全肺不張或阻塞性肺炎，手術後肺功能和呼吸會有明顯改善。
此外，支氣管成型肺葉切除治療肺癌的方式目前也已廣泛應用，它可使不能接受全肺切除術且心肺功能損害的肺癌患者，或低肺功能的高齡肺癌患者得以手術治療。另外，肺動脈支氣管聯合袖式成型肺葉切除術，適用於腫瘤直接侵及肺動脈幹或腫瘤與肺動脈幹緊密粘連的肺癌患者;電視胸腔鏡肺部分切除術可以用於早期周圍型肺癌，或較侷限病變距離肺門較遠且體積較小的病例。
肺癌手術方式是根據患者的機體狀況、腫瘤病理型別、侵犯範圍和發展趨勢來選擇的，目的都是提高肺癌患者的治癒率和生存質量。
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