一般在臨床上應對大便出血的病人予以高度警惕，不要輕率地診斷為“痢疾”、“內痔”等，必須進一步檢查以排除癌腫的可能性。對直腸癌的早期診斷，必須重視直腸指檢、直腸鏡或乙狀結腸鏡等檢查方法的應用。通過鏡檢可獲得病理診斷。
一、病理學檢查
直腸癌確診的主要依據。由于直腸癌手術常涉及改道問題，影響患者生存質量，為避免誤診誤治，術前或術中一定要取得病理學檢查的結果，以指導治療。絕對不要輕易挖除肛門。
二、直腸鏡檢
可窺見腫瘤大小形狀部位并可直接取組織作病檢。
三、直腸指檢
是診斷直腸癌的必要檢查步驟，約70%-79%的直腸癌患者于就診時，可通過直腸指檢被發現可觸及質硬凹凸不平包塊;晚期可觸及腸腔狹窄包塊固定指套見含糞的污濁膿血。
四、氣鋇灌腸對比造影
有助于了解和排除大腸的多發癌灶，直腸癌的影像表現為：①結節狀充盈缺損，多在直腸的內側壁，圓形光滑或輕度分葉，局部腸壁僵硬，凹入。②菜花狀腫塊，較大，表面不平，分葉明顯，其底寬，腸壁僵硬。③不規則的環狀狹窄，管壁僵硬，黏膜中斷，分界截然。④不規則的腔內龕影，三角形、長條形等，較淺，周圍環堤寬窄不均。⑤完全性腸梗阻，或腸套疊征象，阻塞近段有時難以顯示。應該注意的是，鋇灌腸的X線檢查有時無法顯示直腸病變，易讓人們產生無病變的錯覺。
五、癌胚抗原測定
癌胚抗原(CEA)測定已普遍開展，一般認為對評價治療效果和預后有價值，連續測定血清CEA可用于觀察手術或化學治療效果。手術或化學治療后CEA明顯降低，表示治療效果良好。如手術不徹底或化學治療無效，血清CEA常維持在高水平。如手術后CEA下降至正常復又升高，常提示腫瘤復發。
六、B超檢查
如何診斷直腸癌?對發現直腸腫瘤的病例，可進一步作直腸腔內B超。這是一項近年發展起來的無創檢查，其優點是可判斷直腸癌的浸潤深度及范圍，同時對淋巴結是否有轉移也有一定價值。肝臟B超尤為重要，以防直腸癌肝轉移的漏診。