Os pacientes com cancro do pulmão de fase IV, também conhecido como cancro do pulmão avançado, perderam a oportunidade de serem operados. São frequentemente adoptados tratamentos abrangentes, tais como radioterapia, quimioterapia e terapia orientada. Para pacientes com cancro de pulmão avançado, se estiverem em melhores condições, é preferível a quimioterapia sistémica para controlar a doença. Os regimes normalmente utilizados incluem docetaxel + platina, pemetrexed + platina, e gemcitabina + platina. Se os pacientes são mais velhos e não podem tolerar a quimioterapia, podem fazer testes genéticos e escolher uma terapia orientada, que também pode receber bons resultados. Para pacientes com cancro do pulmão avançado com metástase cerebral e metástase óssea, é dada radioterapia local juntamente com tratamento sistémico, que pode controlar a doença. Para pacientes com dor avançada no cancro do pulmão, são tomados analgésicos opióides orais para reduzir os sintomas e aliviar a doença. O período de sobrevivência do cancro do pulmão avançado é geralmente curto, cerca de um a um ano e meio em média, e a esperança de vida dos pacientes pode ser prolongada através de um tratamento activo e razoável.