本发明公开了一种中小城市生活垃圾分选处理系统，分选处理系统包括生活垃圾分选系统和生活垃圾处理系统，生活垃圾处理系统设置在所述生活垃圾分选系统的下游；生活垃圾处理系统包括有机物处理系统、污废处理系统和非有机回收物处理系统；有机物处理系统为热水解厌氧发酵组合系统。本发明分选效率高，生活垃圾处理成本低、生活垃圾回收利用率高，且不产生二次污染，对环境友好，有效提高有机废物的可生化性，提高发酵沼渣肥效和利用价值，实现生活垃圾处理的减量化、无害化和资源化。