如果上呼吸道因异物、严重面部创伤而阻塞，或其他方法无法建立通气，则需外科手术建立气道。外科气道既往也是气管插管失败后的一种补救措施。然而，外科气道从初始切口到通气平均需要大约 100 秒。喉罩通气道 （LMA）和其他声门上气道提供更快的救援通气方式；因为异物阻塞和（对于 LMA）大面积面部创伤只是它们使用的罕见禁忌症，因此很少有患者需要紧急手术气道。
环甲膜切开术
由于比气管切开术更快、更简单，因此经皮环甲膜切开术/FONA（颈前气道）常用于紧急手术（另见如何行经皮环甲膜切开术）。
紧急环甲膜切开术
患者仰卧，拉伸颈部。无菌操作准备完成后，一手抓握住喉部，同时用刀片在皮肤、皮下组织和环甲膜上垂直切开，进入气管。一根中空的导管用来维持气道开放。 |
与喉镜插管定位或通气不同，环甲膜切开术的正确位置包括伸展颈部和向后拱起肩膀。 无菌准备后，用非惯用手握住喉头，惯用手捏住刀片垂直切开皮肤、皮下组织和环甲膜。用气管拉钩保持切口开放防止回缩，通过外科切口将内径为6mm的气管导管或小号的气管切开导管（多用带气囊的4.0Shiley导管）置入气管。
并发症有出血、皮下气肿、纵隔气肿和气胸。市场上有多种产品可用于快速建立外科环甲膜气道，产品的配套导管能保证充分的氧供和通气。与之前的推荐意见相反，大口径静脉导管针穿刺环甲膜并不能保证足够通气，除非气源动力能达到50磅（射流吹气机或射流呼吸机）。
气管切开术
气管切开术是一个更复杂的过程，因为气管环非常接近，通常必须移除至少一个环的一部分才能置管。 气管切开术最好在手术室内由外科医生完成。紧急处理时，这项操作与环甲膜切开术相比，并发症风险更高，没有任何优势。然而，对于需长时间通气患者，则是优先选项。
对于机械通气的危重症患者，经皮气管切开术是一项适宜的选择。这种床旁技术使用皮肤穿刺及扩张器来插入气管导管。常借助气管内纤维镜，防止操作时刺破气管后壁膜部和食管。
极少数情况下，气管切开术会造成出血、甲状腺损伤、气胸、反复发作的喉神经麻痹、大血管损伤或插入部位迟发的气道狭窄。
气管侵蚀不常见。 它更常见于袖口压力过高。 大血管出血（例如，无名动脉）、瘘管（尤其是气管食管瘘）和气道狭窄极其罕见。 使用带高容低压气囊的导管，且导管型号合适；密切（每隔8小时）监测气囊压力，且维持其压力 < 30cm水柱。这么做可以降低气管发生压力性缺血坏死的风险。但是，对于伴有休克，低心输出量或脓毒症患者，仍然特别容易发生损伤。
