军事法庭上报几个月过去了，因案情盘根错节，难以判决。这时孙殿英已率领军队到陇海线上与阎锡山、冯玉祥取得联系，又在嵩山附近民军中收抚了两万多人，深得阎、冯的器重。经孙殿英与阎锡山交涉，谭温江亦被释放。以后孙殿英不断加官进禄，提任安徽省主席、暂编第五军军长。在抗日战争时期，他和庞炳勋投敌组织新五军。日本投降后，他又成为"曲线救国"的"忠臣"，被委派为先遣军总司令，与人民解放军为敌。在人民解放军解放河南汤阴的战役中，这个20多年来一直逍遥法外的盗陵主犯，终于被解放军生擒，后死于战犯收留所中。
参与中原大战
1930年春，在中原大战酝酿期间，孙殿英依附于冯、阎。被委任为第四方面军第五路总指挥兼安徽省主席。孙殿英叛蒋而改投冯、阎，令所部开赴豫东、皖北布防，自率一部进驻亳州。中原大战开始后，蒋介石派出大军八九万人向孙部防区进攻，4月，亳州城被围，孙殿英一边抵抗，一边向冯、阎求援，冯玉祥派孙连仲率五个师驰援亳州，至7月，亳州被解围，历时九十余日。亳州解围后，孙殿英率部退至朱仙镇。不久，所部被蒋军击溃，逃往黄河。不久，张学良率部入关，冯、阎失败，孙殿英率部退到山西，驻防晋城一带，张学良将孙部改编为第四十师，孙殿英任师长。
参与"四马拒孙"战争
1934年春，孙殿英率部向西北推进。当时，青海军阀马步青、马步芳，宁夏军阀马鸿宾、马鸿逵都不愿孙殿英染指西北，他们联合起来，发起了"四马拒孙"之战。四马联军约4万余人,孙殿英兵力约7万人。孙殿英久攻宁夏城而不克，旅长杨干臣、于世铭等阵前倒戈，正在进退两难之际，阎锡山又出兵断其归路，蒋介石又趁机明令撤销其本兼各职，孙殿英被迫东撤，于4月初返抵包头，后前往太原晋祠暂时隐居，残部被阎锡山收编。
参与抗日战争
1931年九·一八事变后，孙殿英升任第四十一军军长。1932年2月，日军三万余人向热河进攻，孙殿英奉张学良之命率第四十一军由山西驰援热河，向赤峰前进。当时，驻守热河的东北军汤玉麟部和万福麟部与敌一触即溃，日军如入无人之境。孙殿英部进抵赤峰，即展开阻击战，相持达七昼夜，后退往猴头沟门，继续与敌作战十余日，最终战败而后撤察哈尔。他的部队虽在抗战中受到很大损失，但他吞并了汤玉麟的两个骑兵旅、一个步兵团以及其他义勇军，依然保存着一定的实力。为了扩大影响，抬高自己的地位，他请出进步人士李锡九为高等顾问，韩麟符为政训处处长，中共党员宣侠父为秘书长，还吸收了不少中共党、团员和左派青年到部队。
