推荐以化疗为主的综合治疗以延长患者生存期。
（1）化疗。常使用的联合方案是足叶乙苷加顺铂或卡铂，3 周一次，共4 ～ 6 周期。其他常用的方案为足叶乙苷、顺铂和异环磷酰胺。初次联合化疗可能会导致中至重度的粒细胞减少（例如粒细胞数0.5× ～ 1.5×）和血小板减少症（血小板计数＜ 50×）。
初始治疗4 ～ 6 个周期后，应重新分期以确定是否进入完全临床缓解（所有临床明显的病变和癌旁综合征完全消失）、部分缓解、无反应或进展（见于10% ～ 20% 的患者）。治疗后无进展或无反应的患者应该调换新的化疗药物。
（2）放疗。对明确有颅脑转移者应给予全脑高剂量放疗（40Gy）。
也有报道对完全缓解的患者可给予预防性颅脑放射（PCI），能显著地减少脑转移（存活≥ 2 年，未做PCI 的患者60% ～ 80% 发生脑转移），但生存受益小。也有研究表明PCI 后可发生认知力缺陷。治疗前需将放疗的利弊告知患者。对有症状、胸部或其他部位病灶进展的患者，可给予全剂量（如胸部肿瘤团块给予40Gy）放疗。
（3）综合治疗。大多数局限期的SCLC 可考虑给予足叶乙苷加铂类药物化疗以及同步放疗的综合治疗。尽管会出现放化疗的急慢性毒性，但能降低局部治疗的失败率并提高生存期。可选择合适的患者（局限期、行动状态评分0 ～ 1 且基础肺功能良好），给予全部剂量的放疗并尽可能减少对肺功能的损伤。
对于广泛期病变，通常不提倡初始胸部放疗。然而，对情况良好的患者（如行动状态评分0 ～ 1、肺功能好以及仅一个部位扩散者）可在化疗基础上增加放疗。对所有患者，如果化疗不足以缓解局部肿瘤症状，可增加一个疗程的放疗。
尽管常规不推荐SCLC 手术治疗，偶尔也有患者符合切除术的要求（纵隔淋巴结阴性且无转移者）。