Kā benzodiazepīnu grupas prettrauksmes zāļu grupas dalībnieks diazepāms bieži tiek nozīmēts panikas un trauksmes traucējumu, kā arī krampju un muskuļu spazmu gadījumos. Šīs zāles netiek uzskatītas par pretsāpju līdzekli tradicionālajā izpratnē, taču diazepāma lietošana pret sāpēm var būt diezgan efektīva, ja sāpes rodas noteiktu iemeslu dēļ. Visbiežāk diazepāms var mazināt sāpes un sāpīgumu, ko izraisa muskuļu spazmas mugurā.
Apmērs, kādā ārsti izraksta diazepāmu sāpju ārstēšanai, parasti dažādās valstīs atšķiras. Apvienotās Karalistes Nacionālie veselības dienesti (NHS) iesaka šīs zāles salīdzinoši īsos ārstēšanas periodos muguras sāpēm, kas saistītas ar muskuļu spazmām. Amerikas Savienotajās Valstīs daži ārsti uzskata, ka šīs zāles nevajadzētu dot cilvēkiem, kuriem ir sāpes. Citi amerikāņu ārsti dažkārt to var lietot citu muskuļu relaksantu vietā, lai ārstētu muguras sāpes vai sāpes no nemierīgo kāju sindroma (RLS). Tomēr Amerikas Pārtikas un zāļu pārvalde (FDA) nav apstiprinājusi diazepāmu nevienam no šiem lietojumiem.
Pētījumi liecina, ka šīs zāles var mainīt dažus uztveres veidus par sāpēm, lai gan tas nemaina patieso sāpju uztveri. Vienā pētījumā tika izmantots sāpīgs žņaugs, lai pārbaudītu, kā diazepāms mainīja šo uztveri. Subjekti, kuri bija lietojuši šīs zāles, varēja valkāt žņaugu ilgāku laiku, un viņiem bija mazāks satraukums saistībā ar uzdevumu. Šīs zāles neietekmēja citus sāpju veidus, piemēram, ar karstumu saistītas sāpes un spēju novērtēt pieredzi kā sāpīgu. Šie pētnieki secināja, ka diazepāma lietošana sāpju mazināšanai var samazināt sāpju emocionālo komponentu, bet ne to sajūtu pieredzi.
Daži citi pētījumi liecina, ka diazepāms sāpju mazināšanai ir vēl efektīvāks, īpaši kombinācijā ar bezrecepšu pretsāpju līdzekli ibuprofēnu. Pētījumi, kas saistīti ar hroniskām sāpēm sejas muskuļos, atklāja, ka šī kombinācija ir efektīvāka sāpju mazināšanā nekā jebkurš cits savienojums. Šīs sejas sāpes un muguras muskuļu spazmas nav saistītas ar iekaisumu, tāpēc ibuprofēns nesniedza nekādu atvieglojumu. Ģenētiskās ekspresijas un endorfīna aktivitātes pasākumi, kas bija pētnieku mēģinājums atrast mehānismu, ar kura palīdzību šī viela veiksmīgi mazināja sāpes, nedeva nekādus rezultātus; Diazepāms sāpju mazināšanai dažos gadījumos ir efektīvs.