吴孟超针对肝癌发现时晚期多、巨大且不能切除者居多的特点，提出“二期手术”的概念，即对巨大肝癌先经综合治疗，待肿瘤缩小后再行手术切除，为晚期肝癌的治疗开辟了一条新的治疗途径；针对肝癌术后复发多、但又缺乏有效治疗的特点，率先提出“肝癌复发再手术”的观点，显著延长了肝癌患者的生存时间；针对中国肝癌合并肝硬化多，术后极易导致肝功能衰竭的特点，提出肝癌的局部根治性治疗策略，使肝癌外科的疗效和安全性得到有机统一。上述研究使肝癌术后5年生存率由60-70年代的16.0%，上升到80年代的30.6%和90年代以来的48.6%，不断丰富和发展了中国的肝脏外科事业。为了提高中国肝脏外科的科学研究水平，使肝脏外科事业持续、深入的发展，吴孟超院士组建了国际上规模最大的肝脏外科专业研究所，牵头指导了一系列具有国际先进水平的基础研究工作，研制了细胞融合和双特异性单抗修饰两种肿瘤疫苗，发明了携带抗癌基因的增殖性病毒载体等，研究结果发表于《Science》、《Nature Med》、《Hepatology》、《Oncogene》、《Cancer Research》等学术刊物。