根治性手術
手術固然能切除癌腫，但還有殘癌、或區域淋巴結轉移、或血管中癌栓存在等，復發轉移幾率非常高。手術方式根據癌腫在直腸的位置而定。直腸壁內有粘膜下淋巴叢和肌間淋巴叢兩個系統，癌細胞在腸壁內淋巴系統的轉移不多見。一旦癌細胞穿透腸壁，就向腸壁外淋巴系統擴散。一般首先累及癌腫同一水平或稍高處的腸旁淋巴結，然後向上逐漸累及與痔上動脈伴行的中間淋巴結群，終至腸繫膜下動脈旁淋巴結群。上述向上方的淋巴轉移是直腸癌最常見的轉移方式。如癌腫位於直腸下段，癌細胞也可以橫向沿肛提肌和盆壁筋膜面的淋巴管侵及閉孔淋巴結，或沿痔中動脈流至髂內淋巴結。有時癌細胞也可以向下穿過肛提肌，沿痔下動脈引流至坐骨直腸窩內淋巴結、腹股溝淋巴結，由於直腸上段癌的淋巴轉移方向幾乎均向上，手術切除癌腫鄰近和在此平面以上的淋巴組織，即可達到根治目的，手術有保留肛括約肌的可能。直腸下段癌的淋巴轉移雖主要也是向上，但同時尚有橫向轉移至髂內淋巴結和閉孔淋巴結的可能，根治性手術需包括直腸肛管周圍組織和肛提肌，故無法保留肛括約肌。
(1)經腹會陰聯合切除(miles手術)：適用於距肛緣不足7cm的直腸下段癌，切除範圍包括乙狀結腸及其系膜、直腸、肛管、肛提肌、坐骨直腸窩內組織和肛門周圍皮膚、血管在腸繫膜下動脈根部或結腸左動脈分出處下方結紮切斷，清掃相應的動脈旁淋巴結。腹部作永久性結腸造口(人工肛門)，會陰部傷口一期縫合或用紗布填塞。此手術切除徹底，治癒率高，是下段直腸癌的標準術式。
(2)經腹低位切除和腹膜外一期吻合術，也稱直腸癌前側切除術(dixon手術)，適用距肛緣12cm以上的直腸上段癌，在腹腔內切除乙狀結腸和直腸大部，遊離腹膜反折部下方的直腸，在腹膜外吻合乙狀結腸和直腸切端。此手術的損傷性小，且能保留原有肛門，是最理想的保肛切除術。若癌腫體積較大，並已浸潤周圍組織，則不宜採用。
(3)保留肛括約肌的直腸癌切除術：適用於距肛緣7～11cm的早期直腸癌。如癌腫較大，分化程度差，或向上的主要淋巴管已被癌細胞梗塞而有橫向淋巴管轉移時，這一手術方式切除不徹底，仍以經腹會陰聯合切除為好。現用的保留肛括約肌直腸癌切除術有借吻合器進行吻合，經腹低位切除-經肛門外翻吻合，經腹遊離-經肛門拖出切除吻合，以及經腹經骶切除等方式，可根據具體情況選用。
姑息性手術
如癌腫局部浸潤嚴重或轉移廣泛而無法根治時，為了解除梗阻和減少病人痛苦，可行姑息性切除，將有癌腫的腸段作有限的切除，縫閉直腸遠切端，並取乙狀結腸作造口(hartmann手術)。如不可能，則僅作乙狀結腸造口術，尤在已伴有腸梗阻的患者。
化學治療
直腸癌約半數患者在術後出現轉移和復發，除部分早期患者外，晚期和手術切除後的患者均需接受化療。化療在直腸癌綜合治療中是除外科治療後又一重要治療措施，分為術後輔助化療和術前新輔助化療。化療會產生近期和遠期毒性反應，如骨髓抑制，胃腸道反應，需加強支持治療，減輕化療藥物的毒副作用，改善患者生存質量。
