(1)化療。常用的聯合方案是依托泊苷加順鉑或卡鉑，每3周1次，4 ~ 6個周期。其他常用的方案有依托泊苷、順鉑和異環磷酰胺。首次聯合化療可能導致中重度粒細胞減少癥(如粒細胞數為0.5× ~ 1.5×)和血小板減少癥(血小板計數< 50×)。
初治4 ~ 6個周期後，應重新分期，以確定是否進入臨床完全緩解(所有臨床明顯病變及副腫瘤綜合征完全消失)、部分緩解、無反應或進展(見10% ~ 20%患者)。對治療後無進展或無反應的患者，應更換新的化療藥物。
(2)放療。腦轉移患者應接受全腦高劑量放療(40Gy)。
也有報道稱，完全緩解的患者可給予預防性腦放療(PCI)，可顯著減少腦轉移(存活≥ 2年，未行PCI的患者60% ~ 80%有腦轉移)，但生存獲益較小。壹些研究還表明，PCI後會出現認知障礙。治療前應告知患者放療的利弊。對胸部或其他部位有癥狀和進行性病變的患者，可給予全劑量放療(如胸部腫瘤腫塊40Gy)。
(3)綜合治理。大多數有限的小細胞肺癌可以用依托泊苷加鉑化療和同步放療來治療。雖然放化療會有急慢性毒性反應，但可以降低局部治療的失敗率，提高生存期。可選擇合適的患者(限定期，行動狀態評分0 ~ 1，基礎肺功能良好)，給予所有劑量的放射治療，盡量減少對肺功能的損害。
對於廣泛的病變，通常不建議進行初始胸部放療。但對於情況良好的患者(如行動狀態評分0 ~ 1，肺功能良好，僅有壹個部位播散的患者)可在化療的基礎上加放療。對於所有患者，如果化療不足以緩解局部腫瘤的癥狀，可以增加壹個療程的放療。
雖然常規不推薦SCLC手術，但偶爾也有符合切除要求的患者(縱隔淋巴結陰性，無轉移)。