तीसरे चरण को मंजूरी से पहले अंतिम परीक्षण माना जाता है। ये परीक्षण बड़े पैमाने पर किए जाते हैं, जिनमें अक्सर कई स्थानों और देशों में हजारों प्रतिभागी शामिल होते हैं। इनका उद्देश्य प्रभावकारिता की पुष्टि करना, प्रतिकूल प्रतिक्रियाओं की निगरानी करना और नई दवा की तुलना वर्तमान मानक उपचार से करना होता है। परिणाम ही नियामक मंजूरी का मुख्य आधार होते हैं। तीसरे चरण के परीक्षण में वर्षों लग सकते हैं और करोड़ों डॉलर खर्च हो सकते हैं। इस चरण में विफलता महंगी साबित होती है, लेकिन ऐसा होता है। तीसरे चरण में प्रवेश करने वाली लगभग आधी दवाएं बाजार तक नहीं पहुंच पाती हैं।

यह डिज़ाइन आमतौर पर यादृच्छिक और डबल-ब्लाइंड होता है। प्रतिभागियों को नई दवा या नियंत्रण समूह में रखा जाता है, जो प्लेसीबो या मौजूदा उपचार हो सकता है। प्राथमिक लक्ष्य पूर्व-निर्धारित और चिकित्सकीय रूप से महत्वपूर्ण होता है, जैसे कि समग्र उत्तरजीविता, स्ट्रोक की रोकथाम या अस्पताल में भर्ती होने में कमी। द्वितीयक लक्ष्य अतिरिक्त प्रमाण प्रदान करते हैं। डेटा की निगरानी एक स्वतंत्र डेटा सुरक्षा निगरानी बोर्ड द्वारा की जाती है, जो दवा के स्पष्ट रूप से प्रभावी या स्पष्ट रूप से हानिकारक होने पर परीक्षण को समय से पहले रोकने की सिफारिश कर सकता है। पूर्वाग्रह से बचने के लिए परीक्षण शुरू होने से पहले सांख्यिकीय विश्लेषण योजनाएँ तैयार की जाती हैं।

तीसरे चरण में क्या स्थापित किया गया है:

• पुष्टिकारी प्रभावकारिता. क्या यह दवा एक बड़ी, विविध आबादी में काम करती है?
• तुलनात्मक प्रभावशीलता।मौजूदा उपचारों से इसकी तुलना कैसे की जाती है?
• सुरक्षा प्रोफ़ाइल। क्या-क्या प्रतिकूल प्रतिक्रियाएँ होती हैं, और वे कितनी आम हैं?
• जोखिम-लाभ. क्या लक्षित आबादी के लिए लाभ जोखिमों से अधिक हैं?

तीसरे चरण के बाद, कंपनी नई दवा के लिए आवेदन या बायोलॉजिक्स लाइसेंस के लिए आवेदन जमा करती है। मंजूरी की गारंटी नहीं होती।