Kao član benzodiazepinske obitelji lijekova protiv anksioznosti, diazepam se često propisuje za panične i anksiozne poremećaje, kao i za napadaje i mišićne grčeve. Ovaj lijek se ne smatra lijekom protiv bolova u tradicionalnom smislu, ali uzimanje diazepama protiv bolova može biti prilično učinkovito, ako bol nastaje iz određenih uzroka. Najčešće, diazepam može ublažiti bolove uzrokovane grčevima mišića u leđima.
Opseg u kojem liječnici propisuju diazepam za liječenje boli obično varira od zemlje do zemlje. Nacionalna zdravstvena služba (NHS) Ujedinjenog Kraljevstva preporučuje ovaj lijek u relativno kratkim razdobljima liječenja bolova u leđima povezanih s grčevima mišića. U Sjedinjenim Državama neki liječnici imaju stav da se ovaj lijek ne smije davati osobama koje boluju. Drugi američki liječnici mogu ga povremeno koristiti umjesto drugih mišićnih relaksatora za liječenje bolova u leđima ili sindroma nemirnih nogu (RLS). Međutim, Američka uprava za hranu i lijekove (FDA) nije odobrila diazepam ni za jednu od ovih upotreba.
Studije pokazuju da ovaj lijek može promijeniti neke od percepcija oko boli, iako ne mijenja stvarnu percepciju same boli. Jedna studija koristila je bolni podvez za testiranje kako diazepam mijenja te percepcije. Subjekti koji su uzimali ovaj lijek mogli su nositi podvez dulje vrijeme i imali su manje tjeskobe u pogledu zadatka. Ovaj lijek nije utjecao na druge vrste boli, kao što je bol povezana s vrućinom i sposobnost da se iskustvo ocijeni bolnim. Ovi istraživači su zaključili da uzimanje diazepama protiv boli može smanjiti emocionalnu komponentu boli, ali ne i osjetilno iskustvo.
Neke druge studije pokazuju da je diazepam protiv bolova još učinkovitiji, osobito u kombinaciji s lijekom protiv bolova koji se može kupiti bez recepta ibuprofenom. Istraživanja koja su uključivala kroničnu bol u mišićima lica pokazala su da je ova kombinacija učinkovitija u smanjenju boli od bilo kojeg spoja za sebe. Ova bol u licu i grč mišića u leđima ne uključuje upalu, zbog čega ibuprofen nije postigao nikakvo olakšanje. Mjere genetske ekspresije i aktivnosti endorfina, koje su bile pokušaj istraživača da pronađu mehanizam kojim je ova tvar bila uspješna u ublažavanju boli, nisu dale nikakve rezultate; diazepam za bol je učinkovit u nekim slučajevima.