目的探讨血清趋化因子水平与中晚期非小细胞肺癌（NSCLC）患者近期预后不良的关系。方法选取2019年8月至2023年9月该院收治的中晚期NSCLC患者257例作为研究对象，检测血清CX3趋化因子配体1（CX3CL1）、CC趋化因子配体5（CCL5）、CCL20水平，比较不同病理特征患者血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平的差异。257例患者在治疗过程中转院5例，最终纳入252例。根据近期预后情况分为预后不良组（65例）和预后良好组（187例）。比较2组患者一般资料，以及血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平的差异。采用logistic回归模型分析中患者近期预后不良的危险因素，绘制受试者工作特征（ROC）曲线分析血清CX3CL1、CCL5、CCL20单项及联合检测对中晚期NSCLC患者近期预后不良的预测价值。结果腺癌、TNM分期Ⅳ期患者血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平均高于鳞癌、TNM分期Ⅱb~Ⅲ期患者，差异均有统计学意义（P＜0.05）；252例患者近期预后不良发生率为25.79%（65/252）；预后不良组患者血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平，以及TNM分期Ⅳ期占比均明显高于预后良好组，差异均有统计学意义（P＜0.05）；血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平升高，研究TNM分期Ⅳ期均是中晚期NSCLC患者近期预后不良的危险因素（P＜0.05）；血清CX3CL1、CCL5、CCL20联合检测预测中晚期NSCLC患者近期预后不良的灵敏度、ROC曲线下面积分别为93.85%、0.916，均高于单项检测，差异均有统计学意义（P＜0.05）；联合检测预测中晚期NSCLC患者近期预后不良的特异度与单项检测基本一致。结论血清CX3CL1、CCL5、CCL20水平与中晚期NSCLC患者病理类型和TNM分期密切相关，且均是患者近期预后不良的危险因素，对近期预后具有预测价值，三者联合检测能进一步提高预测价值。