เบลโอไมซินซัลเฟตใช้หลักในการรักษาโรคมะเร็งหลายชนิด รวมถึงมะเร็งต่อมน้ำเหลืองแบบฮอดจ์กิน มะเร็งต่อมน้ำเหลืองแบบไม่ใช่ฮอดจ์กิน มะเร็งอัณฑะ และมะเร็งเซลล์สเความัสบางชนิด ตัวยานี้ทำงานโดยการทำให้เกิดการขาดวิ่นของสาย DNA ในเซลล์มะเร็ง ซึ่งยับยั้งความสามารถในการแบ่งตัวและเพิ่มจำนวน ยาตัวนี้มักให้ทางหลอดเลือดดำหรือกล้ามเนื้อ และบางครั้งใช้ร่วมกับยาเคมีบำบัดอื่นเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ นอกจากนี้ เบลโอไมซินซัลเฟตยังใช้ในขั้นตอนเพลูโรดีซิส เพื่อป้องกันการกลับเป็นซ้ำของ pleural effusions โดยการเหนี่ยวนำให้เกิดการติดกันระหว่างชั้นเยื่อหุ้มปอด การใช้ในบำบัดมะเร็งต้องได้รับการตรวจสอบอย่างใกล้ชิด เนื่องจากผลข้างเคียงที่อาจเกิดขึ้น โดยเฉพาะพิษต่อปอด ซึ่งอาจนำไปสู่พังผืดในปอด