目前本组病人的标准治疗方法仍然是术前放疗再手术切除。放射野包括了瘤体、邻近的纵隔和同侧的锁骨上区域。在休息1个月后，再判断这些病人是否可以手术治疗。如果没有远处转移，这些病人就做手术探查切除残留的肿瘤。存在Horner综合征并不是这类治疗的绝对禁忌证，但是却预示着疗效不佳。Paulson等人描述的标准切除范围包括了整体切除受侵犯的肺叶和胸壁，包括全部的第1肋，第2、3肋的后段，还常常包括了第4肋的后段；邻近的胸椎横突；C8和T1—T3的神经根；臂丛的下干；背部交感干和纵隔淋巴结。不可切除的决定因素包括锁骨下动脉或椎体受累，同时伴有或不伴有脊髓受压和臂丛主要部分的广泛侵犯（T4肿瘤）。也有一些学者成功切除了锁骨下血管、椎体等等，并且提示有长期生存的益处。MRI对于评价这类侵犯非常有价值。有中心报道完全切除肿瘤的病人5年生存率可达41%而R1和R2切除的病人5年生存率则只有9%，分期和淋巴结转移情况差对这类病人预后的不良影响很明显。
2001年公布结果的北美临床研究协作组评价了术前化放疗对肺上沟瘤手术切除治疗效果的影响，发现T3和T4期的病人接受了术前化放疗后取得了非常高的完全切除率和明显高于对照组的3年生存率。
Shahian等人还报道手术后加用治疗剂量放疗的“三明治放疗”可以提高治疗效果。
本类病人预后不良的因素包括了N1或N2，不全切除和对肺部肿瘤行肺叶楔形切除而不是肺叶切除等。
（3）脊椎侵犯：对于大多数的胸外科医生来说，支气管源性的肺癌发生脊椎转移是不适合行外科切除的，因为这类病人不但完整切除困难，而且与椎骨切除相伴的并发症率也很高。目前已经出现了可以降低高并发症率的新技术，但是术后生存率的低下提示完整切除肿瘤的目标仍难以实现。椎骨转移可以清楚地被CT和MRI显示出来。骨皮质的侵犯与根本切除目标并不矛盾，然而对松质骨侵犯者是否手术切除就颇有争议。Grunenwald 等人认为整块的半椎切除或者全椎切除是理想的。他们报道了一种前颈胸和正中背侧入路，避免了后外侧胸部切口，但是，他们组生存率最初的报道却不让人满意。在4个病人中，2个得以无病生存，另2个则在术后很快死亡。对此，Dartevelle认为应当谨慎地选择这种手术适用的病人。在他的6个部分切除椎骨的病人中，5个得以无病生存，随访的中位时间达10个月。椎管内侵犯虽然不是肿瘤切除的绝对禁忌证，但是却使治愈性切除变得毫无可能。目前有多种恢复脊柱稳定的方法。Gandhi 报道了一种使用甲基丙烯酸树脂重建椎骨的方法。脊柱稳定性通过前路交锁钢板和螺丝钉，Luque棒后路固定实现。
（4）主动脉侵犯：主动脉侵犯在左侧肺癌并不少见。当肿瘤和主动脉贴近、25%以上的主动脉边界或者位于主动脉和肿瘤之间的脂肪层消失时，主动脉侵犯就很可疑了。在大多数的病人，只有剖胸探查才能确定肿瘤是否可以被切除。可以将肿瘤及相邻的动脉外膜一起切除实现完全切除肿瘤的目标。主动脉全层侵犯是这种手术的禁忌证。不幸只有在探查手术中才能确定这种程度的侵犯。在这种中央型的肿瘤，由于主动脉的直接侵犯和常见的纵隔淋巴结的转移，完全切除和治愈的可能性很小。同时可供参考的这类文献的数量也很少。切除侵犯主动脉肿瘤的方法包括了动脉外膜下切除，部分切除主动脉补片修补和完全的管状切除主动脉重建。最后一个技术需要至少部分的动脉分流或者其他技术以保持远端循环。Klepetko 等人报道了7例伴有主动脉侵犯的肺癌治疗经验，其中6人术中使用了体外循环，1人使用了临时的间位移植物，通过管状移植物或心包小补片可实现主动脉重建。7人中只有2人无病生存。日本学者报道了28例这种病例，其中21例行动脉外膜切除，7例行全层切除和主动脉置换。
主动脉置换的病人中只有一人生存。21例外膜切除的病人11例未完全切除，病人无长期生存，10人完全切除肿瘤，但是有4人复发。
（5）左心房侵犯：关于肺癌侵犯左心房的治愈性切除的报道很少，但有一些被认为是可以完全切除肿瘤和有治愈可能的手术技术。
在右侧，左心房前壁可以通过打开房间沟增加而显著延长，从而增加切除的边缘和足够吻合的心房袖。心房壁从外侧打开，上好中心夹，将肿瘤翻出。如果使用体外循环则更安全，可在切开心房后在直视下进行切除术，并完全缝合切口。近年来有许多学者主张IIIb期非小细胞肺癌侵犯肺静脉根部或左心房壁的病例，应施行根治性一侧全肺切除术加部分左心房切除术，因为侵犯心脏的IIIb期肺癌容易发生血行转移。其主要手术适应证如下：（1）病人的心、肺功能可以耐受一侧全肺切除加部分左心房切除术的非小细胞肺癌；（2）肿瘤局限于一侧胸腔，无对侧纵隔淋巴结转移及远处转移者；（3）心包腔内无恶性心包积液或癌性心包炎；（4）术前估计左心房切除的范围小于其容积的1/3者。
一侧全肺切除加部分左心房切除术是一种手术创伤较大的胸部手术，要严格掌握适应证。其具体手术操作方法为：
——标准后外侧剖胸切口，经第6肋间或第6肋床进胸探查，明确肿瘤的部位、侵犯的范围和胸内淋巴结转移的情况，若探查结果证实病肺能够切除，便继续手术；——距肿瘤边缘约2cm环形切开心包，进入心包腔进一步探查，明确肿瘤的切除范围。距累及左心房的肿瘤边缘3cm处用心耳钳夹住左心房，之后在心耳钳远侧1cm处离断左心房；——在心包内处理左或右肺动脉干；——将病肺翻向外上方，用肝素生理盐水溶液冲洗左心房切线，并用30带针非吸收缝线连续缝合左心房切口两道，之后松开心耳钳，观察左心房切口有无渗血，如左心房切口有比较明显的渗血，先进行压迫止血，直到缝线针孔渗血停止，必要时间断缝合渗血处；——常规距隆突约0.5cm处切断左或右主支气管，去除病肺；主支气管近侧断端用细丝线间断全层缝合关闭，并用纵隔胸膜或奇静脉予以包埋，以预防术后发生支气管胸膜瘘，支气管残端订合器处理支气管则更为简便、安全；——用抗癌药生理盐水溶液浸泡心包腔、胸腔，并用生理盐水冲洗胸腔，用银夹标记肿瘤侵犯的范围，供术后放疗定位时参考。心包缺损处可以不修补，常规关胸。
肿瘤侵犯左心房的IIIb期非小细胞肺癌病人，在施行一侧全肺切除及部分左心房切除术时，要遵循先离断左心房、后处理患侧肺动脉干和主支气管的原则，以减少肿瘤经血行播散、肺静脉内癌栓脱落并造成组织器官栓塞的危险。如果术中发现首先离断左心房有困难，可先切断患侧主支气管而使病肺松动，然后再离断被肿瘤侵犯的部分左心房。左心房部分切除的安全范围尚无统一标准。大部分学者认为，左心房部分切除后如其容量减少不超过1/3，距肿瘤边缘约2cm离断心房，心功能一般不受影响。
一侧全肺切除合并部分左心房切除术治疗IIIb期非小细胞肺癌，病人在术后容易发生肺水肿、肺部感染和呼吸功能不全。因此，围手术期的监护处理非常重要。主要处理措施有：（1）术中离断受肿瘤侵及的部分左心房后，要立即控制静脉输液的量和速度，禁忌快速、大量输液而增加心脏的负担；（2）术后要加强呼吸和血液动力学的监测；（3）严格控制每天的静脉输液量和输液速度，保持每天24小时的水负平衡在500ml左右；（4）病人在术后用呼吸机辅助呼吸6—12小时，低流量吸氧3—5天；（5）如中心静脉压升高，要进行利尿治疗；（6）抗感染治疗。
（6）上腔静脉侵犯：肺癌可以通过直接侵犯或者淋巴结转移侵犯上腔静脉。有两种可能的切除上腔静脉的技术，上腔静脉有时是和肿瘤一起整块切除的。心耳钳的使用可以尽量减少切除的范围，切除后直接缝合静脉，但如果出现了静脉内径不足，就可以使用心包或者GoreTex 补片重建。虽然理想的上腔静脉重建是胸骨切开或者He mi clamshell切口，但是为了能取得足够的暴露，切口往往要适当延长。
在1987年Dartevelle首先报道了使用GoreTex的腔静脉重建，1991年他报道了大规模的接受了腔静脉切除置换术病人的结果，只有6个是肺癌，其中2个N1的病人随访了16和51个月依然健在，一个N1期的病人在术后38个月死亡。N2的病人没有长期生存的。1997年，他再次描述了14例腔静脉切除术的NSCLC的病人，11个是鳞癌，绝大多数病人需要全肺切除，6个行肺袖式切除。总的生存率31%（5/14），术后无瘤生存时间3至65个月。Spaggiari 等人在25个NSCLC病人施行了上腔静脉切除，7人完全切除上腔静脉并使用间位移植物，12人切线切除部分上腔静脉并且其中1人使用了心包补片，5个病人切除了右侧无名和锁骨下静脉而未行血管重建。绝大多数病人有N2，20%的病人切除不完全。手术死亡率为12%，中位生存期11.5个月，5年生存率29%。只有4个病人活到5年。手术治疗侵犯到腔静脉的中央型NSCLC往往要切除包括气道在内的其他结构。
（7）气管隆凸侵犯：中央型肿瘤侵及气管隆突2cm内的也是T3的一种，大多数情况下，手术切除是可能的。可供选择的手术方式包括：（1）一侧全肺切除术；（2）袖式肺叶切除术；（3）一侧袖式全肺切除术；（4）肺动脉成形肺袖式切除术。
凡靠近气管隆突的T3非小细胞肺癌，最主要的诊断手段为气管镜检查。病人在手术前，术者必须亲自为其进行气管镜检查，观察肿瘤的大体表现（如肿瘤的位置，肿瘤与隆突的距离、肿瘤堵塞主支气管腔的程度以及基底部的宽度等）和某些细微改变，如癌肿有无主支气管黏膜下播散，以便正确选择术式，如选择袖式切除术抑或选择一侧全肺切除术。
靠近隆突的T3非小细胞肺癌术式的选择与术前检查有重要关系，但最终术式的选择仍取决于术中探查。如果手术探查发现肿瘤已经累及拟行切缘的主支气管周围或局部淋巴结有转移，则袖式肺切除术要慎重考虑。由于淋巴结转移情况可以严重影响这类病人的预后，术前的纵隔镜活检也是必须的。在肿瘤接近隆突而没有完全侵犯隆突并且可以完全切除的病人，5年生存率可达30%—40%。
虽然全肺切除在这种情况下是常用的手术，但是在合适的病人，肺叶的袖式切除也是一种很有价值的手术，这种手术可以降低术后病死率和致病率并且保存一定的肺功能。
当存在完全切除可能时，袖式肺叶切除可以取得和全肺切除相当的治愈率。Faber等人在21年间的101例袖式切除手术中只有2例术后死亡，5年生存率有30%而10年生存率达22%。当肿瘤不仅侵犯支气管主干还侵犯近端肺动脉的时候，可以采用支气管和肺血管的双袖式切除术。有学者指出，使用全肺切除和袖式肺叶切除在N1—N2病人的总体疗效并没有明显差异。
当然，在使用袖式手术无法完全切除肿块时应当采用全肺切除术。隆突侵犯的T4病人中年轻的，可行全肺切除，气管袖式切除和气管与对侧支气管主干之间直接缝合，可以达到20%左右的5年生存率，但是手术死亡率也有13%—30%。美国麻省总院报道了对58例原发支气管癌的隆突切除或者袖式肺切除的治疗经验，右侧隆突肺切除的手术死亡率为15.9%（7/44），左侧隆突肺切除则为30.8%（4/13）。肺袖式切除应该在年轻身体条件好些的，肿瘤有全切可能、并且通过纵隔镜等确定为临床N0的病人使用。除此以外的病人则要选择化疗而非手术治疗。对于偶见的起源于主支气管而围绕气管隆突的小肿瘤，可以单做隆突切除或隆突切除联合肺叶切除。有学者认为如果小肿瘤侵犯了整个隆突则非手术治疗可能更有价值。
（8）膈肌侵犯：只有膈肌侵犯的NSCLC很少见，诊断这种肺癌比较困难。这种病人一般没有明显症状而影像学检查对诊断也没有大的帮助。在怀疑存在膈肌转移的病例可以行胸腔镜以求证。可能由于侵入了膈肌中的小血管和淋巴管，这类病人预后都不好。Weksler等人报道，在对4668个NSCLC病人的剖胸手术中只发现了8例有膈肌侵犯。其中7人是鳞癌，而4人为N2淋巴结转移。在7个人中实行了一期修补，只有1人长期生存，所有的N2病人发生了致死性的复发。
在一些选择好的病例中。局限的肺癌膈肌侵犯时很适合扩大切除的。
根据不佳的生存率，将这类肿瘤归为T3是不正确的，其实这类肺癌的行为更接近T4。
（9）心包侵犯：心包和肺的内侧面直接接触，同样，只侵犯心包的肺癌也是少见的。中央型肺癌如果有心包粘连，就应该将心包分离膈神经。术中通过观察和手指触摸了解肿瘤侵犯心包的程度以及需要切除的心包的范围。行全肺切除术后，心包的缺损必须修补以阻止可能出现的心脏扭转和疝出。补片可以使用Marlex，GoreTex、Dacron、牛心包或者Vicryl等。不过左侧心包的完全缺损因为不大会导致心脏疝和扭转，因而可能不必常规修补。有时，心包内切除可以更好地暴露肺动静脉，为没有侵犯心包的肺癌切除提供方便。
我国近20多年来已有约20多个单位共行扩大手术治疗局部晚期NSCLC上千例，有记录的手术及术后早期死亡率为0—11%，术后并发症发生率为15.2%—29.4%，随访率较高的报道中，术后5年生存率为20.8%—33.1%，几乎所有的学者都认为对有选择的局部晚期NSCLC病人，采取扩大的手术切除治疗并结合多学科综合治疗对提高病人生存率有积极的作用。
国外这类手术已经开展了30多年，报道的手术死亡率在0~12.5%，术后在院或者手术30日的死亡率为2.4%—25%，术后并发症发生率为28%—50%，术后5年生存率13%—38%。目前这类手术的使用在国外也受到了越来越普遍的认同。