包括大型線性規劃和大型非線性規劃。數學規劃得到廣泛應用的主要原因是存在求解大型問題的有效的電腦程式。求解大型問題的關鍵是利用問題的特殊結構。大型線性規劃問題的約束矩陣一般都十分稀疏（即大多數元素是零），且非零元素按一定次序排列，例如，除少數的行和列外，均沿主對角線排列。大型非線性規劃一般也是稀疏結構，且線性項的比例很高，非線性項也有特殊結構，如可分結構等。
大型線性規劃> 求解大型線性規劃問題的方法可分為兩類：直接法和分解法。直接法是用一個現存的算法來求解一類特定的問題。大型線性規劃問題多采用直接法求解，基本工具是改進單純形法，主要計算問題是求逆程序。在特殊的矩陣結構下隻需要存儲一個約化矩陣。實用計算機程序能有效地求解 8000～16000行的大型線性規劃問題。若模型具有廣義上界結構，可用廣義上界算法GUB求解規模更大的問題。
分解法又稱分塊法，它的主導思想是把原系統分成若幹獨立的子系統求解，再用適當的方法來考慮各子系統之間的影響。1970年美國數學傢M.D.梅薩羅維茨提出分解－協調算法。這種算法的設計思想來自大系統的多級遞階控制結構。首先把原問題分解成若幹相對獨立的子問題，稱為一級子問題，分別求解，然後再用適當的方法定義一個或若幹個二級子問題，來協調一級子問題之間的相互影響，以得到原問題的解。60年代中期曾廣泛流行過的丹齊克－沃爾夫分解算法，現在隻有少量商業上的應用。其主要原因是這種算法在計算上存在不穩定性和計算機程序的復雜性。
大型非線性規劃 求解大型非線性規劃的方法有兩類：可分規劃和近似規劃。可分規劃的特點是任一非線性函數都是可分的，即
。
因此每個非線性函數可按格點集上的點分段線性化，從而把非線性可分規劃變成線性規劃。可分規劃對於大部分是線性函數並具有凸可分非線性函數的問題是一種有效的算法，其實用計算機程序可求解數千行數千列的大型非線性規劃問題。
近似規劃是利用線性規劃程序作為子程序來處理一般形式的非線性函數。設大型非線性規劃問題是：
式中min表示求極小值,s.t.表示約束條件；xj為線性變量，y為非線性變量的m維向量，gi為非線性函數。所有變量均有上界和下界。給定初始基點向量y0，每個函數gi都近似地是這個點的線性化函數：
式中Δy =y-y0，而∇gi是gi的梯度向量。用此線性化函數代替每個gi，就把原問題約化為線性規劃問題。規定Δy的上界和下界，即－ε≤Δy≤ε，求解此線性規劃，得到Δy*，把它加到y0上得到新的基點,計算對應的梯度向量∇gi，必要時可減小ε,然後重復上述過程。現在已有近似規劃的通用程序和專用程序。
大型網絡流問題 利用線性規劃基變量的樹結構，可用單純形法求解有數十萬個節點或弧的網絡問題。其解法比最有效的網絡算法更快。