Jako członek benzodiazepinowej rodziny leków przeciwlękowych, diazepam jest często przepisywany na zaburzenia paniki i lęku, a także napady padaczkowe i skurcze mięśni. Ten lek nie jest uważany za środek przeciwbólowy w tradycyjnym sensie, ale przyjmowanie diazepamu na ból może być dość skuteczne, jeśli ból wynika z pewnych przyczyn. Najczęściej diazepam może łagodzić bóle i bolesność wynikające ze skurczów mięśni pleców.
Zakres, w jakim lekarze przepisują diazepam w leczeniu bólu, zwykle różni się w zależności od kraju. National Health Services (NHS) w Wielkiej Brytanii zaleca ten lek w stosunkowo krótkich okresach leczenia bólu pleców związanego ze skurczami mięśni. W Stanach Zjednoczonych niektórzy lekarze uważają, że tego leku nie należy podawać osobom cierpiącym. Inni amerykańscy lekarze mogą czasami używać go zamiast innych środków rozluźniających mięśnie w leczeniu bólu pleców lub bólu związanego z zespołem niespokojnych nóg (RLS). Amerykańska Agencja ds. Żywności i Leków (FDA) nie zatwierdziła jednak diazepamu do żadnego z tych zastosowań.
Badania wskazują, że lek ten może zmienić niektóre postrzeganie otaczającego bólu, chociaż nie zmienia rzeczywistego postrzegania samego bólu. W jednym z badań zastosowano bolesną opaskę uciskową, aby sprawdzić, jak diazepam zmienił te percepcje. Osoby, które przyjmowały ten lek, mogły nosić opaskę uciskową przez dłuższy czas i odczuwały mniejszy niepokój w związku z zadaniem. Ten lek nie wpływał na inne rodzaje bólu, takie jak ból związany z ciepłem i zdolność oceny doświadczenia jako bolesnego. Badacze ci doszli do wniosku, że przyjmowanie diazepamu w leczeniu bólu może obniżyć emocjonalny komponent bólu, ale nie jego odczuwanie.
Niektóre inne badania pokazują, że diazepam przeciwbólowy jest jeszcze bardziej skuteczny, szczególnie w połączeniu z dostępnym bez recepty lekiem przeciwbólowym ibuprofenem. Badania nad przewlekłym bólem mięśni twarzy wykazały, że ta kombinacja była skuteczniejsza w zmniejszaniu bólu niż każdy z tych związków osobno. Ten ból twarzy i bóle skurczowe mięśni pleców nie wiążą się ze stanem zapalnym, dlatego ibuprofen nie przyniósł żadnej ulgi. Pomiary ekspresji genetycznej i aktywności endorfin, które były próbą znalezienia przez badaczy mechanizmu, dzięki któremu ta substancja skutecznie łagodziła ból, nie przyniosły żadnych rezultatów; Diazepam na ból jest skuteczny w niektórych przypadkach.