手术配以术前或术后放疗和/或化疗是直肠癌的主要治疗方法。与结肠癌一样，为治疗直肠癌而进行的手术类型取决于癌症的分期。早期直肠癌和癌前息肉通常在微创内窥镜检查中切除。直肠癌的另一种手术治疗是经肛门切除术（TAE），用于小且位于肛门附近的早期肿瘤。与径结肠镜手术一样，这是一种微创手术，将器械通过肛门放入直肠，切开直肠壁以去除肿瘤和周围正常组织的边缘，然后关闭直肠壁。经肛门内窥镜显微外科手术（TEM）与TAE相似，只是它用于位于直肠较高位置的肿瘤，因此需要专门的放大镜。

位于直肠上部的肿瘤，例如大多数II期和III期癌症，使用称为低位前切除术（LAR）的手术切除。 在LAR手术中，切除带有肿瘤的直肠的整个部分，并将结肠重新连接，确保长期不需要结肠造瘘袋。位于直肠中下部的肿瘤，通常是II期和III期肿瘤，需要称为直肠切除术的手术，即切除整个直肠。这样做也便于切除直肠附近的淋巴结。然后将结肠附着在肛门上，患者不需要使用长期结肠造瘘袋。对于位于直肠下部的II期和III期癌症，特别是如果肿瘤已经开始长入附近的肌肉的情况下，通常使用腹部会阴切除术（APR）。APR 需要切除直肠、肛门和周围组织，因此需要进行永久性结肠造口术。

消融术 是一种可用于小肿瘤的治疗选择。它通常用于当直肠癌扩散到肝脏和肺部等器官中产生小肿块时。对于不能进行更具侵入性手术的患者，它也有帮助。消融是一种微创方法，使用超声或CT扫描等成像技术将专门的探针引导到肿瘤，并用探针 “燃烧”或“冻结”肿瘤，从而杀死癌细胞。

放射治疗，或使用高能射线来破坏和杀死癌细胞，在直肠癌治疗中比在结肠癌治疗中更常用。结直肠癌最常用的放射线类型是外照射放射治疗（EBRT）。 在EBRT中，体外的机器瞄准癌症侧，并将辐射引导到该部位以损害那里的癌细胞。

与结肠癌一样，用于治疗直肠癌的常见全身疗法也是化疗。靶向治疗与免疫治疗也经常被使用。