许多NSCLC患者在诊断时已为晚期，丧失了手术机会，需要进行化疗。即使手术切除的患者，除ⅠA期外，化疗也有一定价值，经过大量的临床试验，肺癌化疗的效果得到了肯定。但受疗效、治疗费用等多方面因素的影响，目前还很难确定标准方案，只能说以哪些方案为主流。目前第3代化疗药（多西他赛、吉西他滨、紫杉醇、长春瑞滨）已广泛用于临床，以它们和铂类组合的两药方案多西他赛+顺铂（DP），吉西他滨+顺铂（GP），紫杉醇+顺铂（TP），长春瑞滨+顺铂（NP）成为治疗NSCLC一线方案的主流。对局部晚期或晚期肺癌，如果患者体力状态（PS）评分≤2，化疗可以延长生存期、提高生活质量。有报道局部晚期或晚期肺癌患者仅作最佳支持治疗，中位生存期约4-6个月；如果用传统的丝裂霉素+长春酰胺+顺铂（MVP方案），依托泊苷+顺铂（EP方案）等化疗方案，中位生存期约6-8个月；如果用第3代含铂方案，中位生存期可延长到8-10个月。虽然几种第3代含铂方案的疗效与不良反应之间存在一定的差异，但总体来看未发现哪一种方案具有明显优势。有荟萃分析表明，在提高患者生存期方面两药方案优于单药方案，而三药方案与两药方案相比，不良反应增加，生存期无明显提高。含铂方案与不含铂方案比较，第3代含铂方案与不含铂方案的疗效相近，但后者不良反应较低。由于2种第3代化疗药物联合费用较高，也由于历史、习惯等原因，目前临床上仍以含铂方案为首选，对于特殊情况，如肾功能损害、年老体弱者，可选用不含铂方案。对一线含铂方案治疗失败的NSCLC患者，二线治疗的最佳选择被认为是多西他赛，患者总体有效率为9.1%，中位生存期为8-13个月。多西他赛与新的二线药物多靶点叶酸抑制剂培美曲塞（总体有效率8%-18%，中位生存期7-19个月）相比，疗效差异无统计学意义，但培美曲塞不良反应较小。研究[45]证实，NSCLC的术前化疗，即新辅助化疗安全、有效，患者耐受性好，但确切效果还需进一步临床试验证实。ⅢA期（N₂）NSCLC患者应用新辅助化疗对提高手术切除率及改善生存期有益。有些研究结果提示早期（ⅠB、ⅡA、ⅡB期）NSCLC的诱导化疗可比局部晚期（ⅢA、ⅢB期）的患者获得更多的好处，但目前仍不能把诱导化疗作为早期NSCLC的标准治疗。