1933年5月，冯玉祥、方振武、吉鸿昌等在张家口成立察哈尔民众抗日同盟军。孙殿英防地与同盟军的防地接壤，冯玉祥派人与孙殿英接洽，争取他加入抗日同盟军。蒋介石也派人以察哈尔省主席为饵唆使他攻打同盟军。孙殿英左右为难，对双方也不表态。蒋介石为了杜绝他和冯玉祥的联合，任命他为青海屯垦督办，令其部离开察哈尔，前往边远的青海，准备在中途将其全部解决。
1936年2月，在冀察地区的宋哲元，邀请孙殿英到北平，任命他为察北保安司令，但不过是空衔而已。1937年七·七事变后，宋哲元又加委他为冀北民军司令。孙殿英设司令部于房山县城，大批收容由北平溃退下来的士兵、警察、土匪，很快即由一个"光杆司令"发展到三四千人马。其后，孙殿英撤退到冀南山区，队伍又发展到一万多人。1938年夏，孙殿英在武汉经戴笠引荐见到蒋介石，蒋介石给了他一个暂编第五军的番号，孙殿英感激得称蒋为"再生父母"。1939年，孙殿英由冀南撤至豫北林县一带，所部改为新编第五军，以邢肇棠、康祥为副军长，归庞炳勋指挥。孙殿英利用庞炳勋的保护，避免与国民党嫡系部队直接冲突；利用邢肇棠和八路军的关系，从八路军处解决一些服装、弹药。孙率其新五军在河北、豫北多次与日军作战。同时，他又和日本人也有来往。在他的新五军军部附近，他开设了三个招待所，分别招待国民党将领、八路军和日本人，可谓"狡兔三窟"。
1943年4月，日军出动二十万人进攻太行山区。4月23日，日军将孙殿英部防地四面包围，被包围的孙殿英率部投降日军，当了汉奸"和平救国军"，配合日军多次和我军作战。之后，日军将他送到新乡，在新乡设伪新五军司令部。随后，日军要孙殿英诱降庞炳勋。孙殿英知道庞炳勋抽惯了自己特制的烟膏，必然会派人到镇上购买烟土，因此而将庞炳勋诱捕，庞炳勋投敌。日军给他们以"第二十四集团军"的番号，庞任总司令，孙任副总司令，均驻在新乡。
参与解放战争
1945年8月，日寇投降，孙殿英又向蒋介石投诚，摇身一变，变为"国民党先遣军"，被改编为新编第四路军，追随蒋介石反共反人民，打内战。调动京汉线新乡至安阳间牵制八路军。这段时间，孙殿英利用国民党控制运输飞机的要员，大做黄金买卖，发了一笔财。全面内战开始后，孙殿英部改编为第三纵队，驻防汤阴。孙殿英抓民夫，拆民房，构筑工事，积极为蒋介石打内战卖力。
