А.С. Барчук особое внимание уделял комбинированному лечению злокачественных опухолей. Блестящий хирург, выполнявший сложнейшие операции на органах грудной полости, головы и шеи, крупных лимфатических коллекторах. Разработанные им технология комбинированного хирургического с применением послеоперационной лучевой терапии позволила на 10-15% улучшить отдаленные результаты этого заболевания и тем самым сохранить сотни человеческих жизней. В 1985 году Алексей Степанович защитил докторскую диссертацию на тему «Пути улучшения результатов лечения рака легкого», в которой помимо хирургических аспектов лечения рака легкого содержались практические положения, ставшие основой организации системы раннего выявления рака легкого в мегаполисе.
В 1989 г. Алексей Степанович возглавил отделение торакальной онкологии. Под его руководством клиника участвовала в разработке новейших высокотехнологичных методов диагностики и лечения. В частности, была разработана и внедрена в практику оригинальная методика лечения больных раком легкого и трахеи с использованием фотофизических и фотохимических воздействий. Разработанный А.С. Барчуком алгоритм лечения больных с опухолями трахеи и крупных бронхов с поэтапным применением аргоноплазменной электрокоагуляции и реканализации опухоли, фотодинамической терапии, внутрипросветной и дистанционной лучевой терапии, дополненной системной полихимиотерапией, до сих пор позволяет устранить угрожающие жизни осложнения, улучшить качество и в целом существенно продлить жизнь. Оставаясь верным идее ранней диагностики рака легкого, А.С. Барчук участвовал в крупном кооперированном международном исследовании по скринингу рака легкого с применением новейших высокотехнологичных методов диагностики. В течение более чем 20 лет он являлся также руководителем Международного реферативного центра ВОЗ по диагностике и лечению меланом кожи в Санкт-Петербурге, активно участвовал в проспективных международных исследованиях по изучению различных методов лечения меланомы. Под руководством Алексея Степановича были разработаны практические рекомендации по диагностике меланомы, которые нашли отражение в неоднократно переиздававшемся «Атласе клинико-морфологической диагностики меланомы кожи» (1999 г.). также был разработан метод оценки скорости роста меланом кожи, который существенно расширил представления о клиническом течении опухолевого процесса при меланоме. За цикл работ по проблеме меланомы кожи Постановлением Президиума РАМН коллективу авторов в составе Р.И. Вагнера, А.С. Барчука и В.В. Анисимова присужден диплом премии им. Н.Н. Петрова за лучшую научную работу в области онкологии.