La quimioterapia mejora la supervivencia (en 6,7 meses adicionales) en comparación con el mejor tratamiento de apoyo, y la quimioterapia de combinación mejora la supervivencia (en un mes adicional) comparada con el agente único 5-FU. La posibilidad de realizar pruebas a todos los pacientes para el estado del HER-2 puede ayudar a identificar a los pacientes con tumores HER-2 positivos, para los que, en ausencia de contraindicaciones, el trastuzumab en combinación con capecitabina o 5-FU en combinación con cisplatino han mostrado ser beneficiosos. Para los pacientes con pruebas negativas para el HER-2; todas las diferentes combinaciones de dos y tres fármacos incluido el irinotecán, el docetaxel, el oxaliplatino o los profármacos 5-FU orales son opciones de tratamiento válidas para el cáncer gástrico avanzado, y es esencial la consideración de los efectos secundarios de cada régimen en la decisión de tratamiento. Las combinaciones que contienen irinotecán y las combinaciones que contienen docetaxel (en las que el docetaxel se agregó a un agente único o a dos fármacos (combinación de platino/5-FU) muestran beneficios significativos de supervivencia en las comparaciones estudiadas anteriormente. Además, los regímenes de tres fármacos que contienen docetaxel han aumentado las tasas de respuesta, aunque las ventajas de las combinaciones de tres fármacos que contienen docetaxel (DCF, FLO-T) son contrarrestadas por la mayor toxicidad. Además, los regímenes que contienen oxaliplatino demostraron un beneficio en la SG comparados con el mismo régimen que contiene cisplatino, y hay una mejoría moderada en la supervivencia con S-1 en comparación con los regímenes que contienen 5-FU.

Existen dudas sobre si el beneficio de supervivencia para las combinaciones de tres fármacos que incluyen cisplatino, 5-FU y epirubicina en comparación con el mismo régimen sin epirubicina es todavía válido cuando el tratamiento de segunda línea es administrado de forma sistemática y cuando el cisplatino se reemplaza con oxaliplatino y el 5-FU con capecitabina. Además, la magnitud de los beneficios observados de supervivencia para los regímenes de tres fármacos no es lo bastante grande como para ser clínicamente significativa según lo definido recientemente por la American Society for Clinical Oncology (Ellis 2014). En contraposición con las comparaciones en las cuales se observó un beneficio de supervivencia al agregar un tercer fármaco a un régimen de dos fármacos al costo de una mayor toxicidad, la comparación de los regímenes en los cuales otra quimioterapia se reemplazó con irinotecán se asoció con un beneficio de supervivencia (de significación estadística dudosa), aunque sin un aumento de la toxicidad. Por este motivo las combinaciones que contienen irinotecán/5-FU son una opción atractiva para el tratamiento de primera línea. Aunque necesitan interpretarse con cuidado, los análisis de subgrupos de un estudio indican que los pacientes de edad más avanzada obtienen un mayor beneficio con el oxaliplatino, en comparación con los regímenes basados en cisplatino, y que los pacientes con enfermedad localmente avanzada o menores de 65 años podrían beneficiarse más con un régimen de tres fármacos que incluya 5-FU, docetaxel y oxaliplatino en comparación con una combinación de dos fármacos de 5-FU y oxaliplatino, una hipótesis que necesita confirmarse de forma adicional. Para los pacientes con buen estado funcional, el beneficio de la quimioterapia de segunda línea se ha establecido en varios ECA.