ניתוחים שונים עשויים לשמש כטיפול בסרטן ריאה מסוג תאים קטנים.
בכל אחד מהניתוחים הללו, יסירו בלוטות לימפה סמוכות כדי לאתר התפשטות אפשרית של הסרטן.
ניתוחים אלה יבוצעו בהרדמה כללית (שבה החולה נמצא בשינה עמוקה) ובדרך כלל יעשו באמצעות חתך ניתוחי בין הצלעות בצד החזה או בגב בתהליך הנקרא פתיחת בית החזה (thoracotomy).

* כריתת ריאה (pneumonectomy): בניתוח כזה- הריאה מוּסרת בשלמותה. ייתכן וניתוח זה יהיה חיוני במידה והגידול נמצא קרוב לאזור מרכז בית החזה.

* כריתת אונה (lobectomy): הריאות מורכבות מ-5 אונות (3 אונות בצד ימין ו-2 אונות בצד שמאל).
בניתוח כזה, האונה בה נמצא הגידול מוסרת בשלמותה. אם הניתוח ניתן לביצוע, זהו הניתוח המועדף עבור סרטן ריאה מסוג SCLC.

* כריתה או הסרה חלקית (segmentectomy או wedge resection): בניתוח כזה רק חלק מהאונה יוסר. הבחירה בשיטה זו עלולה להיעשות כאשר תפקוד הריאה של המטופל אינו תקין מספיק בכדי לשאת את הסרת האונה השלמה.

* כריתת שרווּל (sleeve resection): הליך ניתוחי זה עשוי לשמש לטיפול בסוגים מסוימים של סרטן בדרכי הנשימה העיקריות של הריאות. אם תחשבו לרגע על דרכי הנשימה העיקריות כדומות לשרוול של חולצה, ועל הגידול ככתם הממוקם מספר סנטימטרים מעל פרק כף היד, אזי כריתת השרוול תהיה כמו גזירת השרוול מעל ומתחת לכתם (הגידול), ותפירת שני חלקי השרוול (שעתה התקצר) הגזורים בחזרה זה לזה.
מנתח עשוי לבחור בהליך זה במקום בכריתת ריאה על מנת לשמר יותר את התפקוד הריאתי.
סוג הניתוח עליו ימליץ הרופא שלכם, תלוי בגודל של הגידול, במיקום של הגידול ובמידת התפקוד הריאתי.
לעתים קרובות רופאים יעדיפו לבצע הליך ניתוחי נרחב יותר (לדוגמה, כריתת אונה במקום כריתה חלקית), במידה והריאות של החולה בריאות מספיק, מכיוון שהליך נרחב עשוי לספק הזדמנות טובה יותר לריפוי הסרטן.
לאחר הניתוח, כשהחולה יתעורר, הוא יבחין בצינור או בצינורות המבצבצים מהחזה שלו ומחוברים למיכל מיוחד שמטרתו ניקוז של אוויר ונוזלים עודפים. הצינורות יוסרו ברגע שניקוז הנוזלים ודליפת האוויר ישככו.
בדרך כלל, חולה אחרי ניתוח "יבלה" בין 5-7 ימים בבית החולים.