Kot član družine benzodiazepinskih zdravil proti anksioznosti se diazepam pogosto predpisuje za panične in anksiozne motnje, pa tudi za epileptične napade in mišične krče. To zdravilo v tradicionalnem smislu ne velja za zdravilo proti bolečinam, vendar je lahko jemanje diazepama proti bolečinam precej učinkovito, če bolečina nastane zaradi določenih vzrokov. Najpogosteje lahko diazepam lajša bolečine in bolečine, ki so posledica mišičnih krčev v hrbtu.
Obseg, v katerem zdravniki predpisujejo diazepam za zdravljenje bolečine, se običajno razlikuje glede na državo. Nacionalna zdravstvena služba (NHS) Združenega kraljestva priporoča to zdravilo v razmeroma kratkih obdobjih zdravljenja za bolečine v hrbtu, povezane z mišičnimi krči. V Združenih državah imajo nekateri zdravniki stališče, da tega zdravila ne bi smeli dajati osebam z bolečinami. Drugi ameriški zdravniki ga lahko občasno uporabljajo namesto drugih mišičnih relaksatorjev za zdravljenje bolečin v hrbtu ali bolečine zaradi sindroma nemirnih nog (RLS). Ameriška uprava za hrano in zdravila (FDA) pa diazepama ni odobrila za nobeno od teh uporab.
Študije kažejo, da lahko to zdravilo spremeni nekatere zaznave bolečine, čeprav ne spremeni dejanskega zaznavanja same bolečine. Ena študija je uporabila boleč podvezek, da bi preizkusila, kako je diazepam spremenil te zaznave. Osebe, ki so jemale to zdravilo, so lahko nosile podvezo dlje časa in so imele manj tesnobe glede naloge. To zdravilo ni vplivalo na druge vrste bolečine, kot je bolečina, povezana s toploto, in sposobnost presojanja izkušnje kot boleče. Ti raziskovalci so ugotovili, da bi jemanje diazepama za bolečino lahko zmanjšalo čustveno komponento bolečine, ne pa tudi čutno izkušnjo.
Nekatere druge študije kažejo, da je diazepam proti bolečinam še učinkovitejši, zlasti v kombinaciji z zdravilom za lajšanje bolečin brez recepta ibuprofenom. Raziskave, ki so vključevale kronično bolečino v obraznih mišicah, so pokazale, da je bila ta kombinacija učinkovitejša pri zmanjševanju bolečine kot katera koli spojina zase. Ta bolečina v obrazu in bolečina v krču hrbtnih mišic ne vključuje vnetja, zato ibuprofen ni dosegel nobenega olajšanja. Ukrepi genetske ekspresije in aktivnosti endorfinov, ki so bili poskus raziskovalcev, da bi našli mehanizem, s katerim je ta snov uspešno lajšala bolečino, niso prinesla nobenih rezultatov; diazepam proti bolečinam je v nekaterih primerih učinkovit.