1933年2月，日军动员了熊本第六师团、弘前第八师团、旭川第十四混成旅团和丰桥骑兵第四旅团全部兵力共计30000余人向热河进攻。孙殿英奉张学良之令率所部第四十一军由山西驰援热河，并被任命为华北第九军团长，受张作相节制。孙殿英受命后，召集营以上军官讲话，他说：“我们的军队确实有不少污点，有些人骂我们是土匪队伍。这次出发热河抗战，正是洗刷我军污点的大好机会，我们一定要像样的干它一场。可是抗战必败，我们

　　这个月的下旬，日军开始向开鲁、北票、凌南等地发动进攻。驻热北、热东一带的部队未作抵抗，即望风而逃。与孙殿英一同进入热河的汤玉麟部素质极差，根本不能打仗。另一部万福麟与敌一接触，也放弃了凌原、平泉等天险要隘，溃退到喜峰口内。日军如入无人之境，全国哗然。当孙率部进抵赤峰，尚在部署未定之际，日寇两个旅团及伪满军张海鹏部向孙军猛烈进攻。孙殿英当即在赤峰展开阻击敌人的战斗，相持达七昼夜。继因受到敌人优势兵力的压迫，又率部转移到猴头沟门新阵地，利用复杂地形，继续与敌作战十余日。只是到了日寇将孙军截成数段，分段包围，孙殿英才从重围中突围而出，绕道北山、大庙一带返回围场。不久，日军进逼围场，孙率残部向察哈尔的沽源转移。旋经大阁镇、沽源县退驻独石口，不久又移驻沙城一带。

　　孙部在赤峰和猴头沟门抗战，当地人民送粮送水，救护伤员，抗战情绪热烈。孙殿英说：“友军不友，义军不义，都不及热河的人民。”孙殿英的热河抗战，一方面使人民原谅了他过去的罪恶；另一方面，他的部队虽然在抗战中受到很大损失，但他却吞并了汤玉麟的两个骑兵旅和一个步兵团以及义勇军李纯华的部队，依然保持着一定的实力。为了扩大影响，借以抬高自己的地位，他敦请进步人士李锡九为高等顾问，在李的建议下，孙又致电何应钦，将因与党有联系而被押的韩麟符保释出来，任为政训处处长，以宣侠父（中员）为秘书长。中国党为了推动抗战，扩大影响，也派了很、团员和左派青年参加孙的部队。这样第四十一军的声势就越来越高，又成了各方面争取的对象。

　　1933年9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。当时孙殿英的防地与同盟军的防地正好接壤，冯玉祥曾派人与孙接洽，争取他参加抗日同盟军。何应钦秉承蒋介石的旨意，对此极力阻挠和破坏，曾两次三番派刘健群、戴笠前往接孙，并以察哈尔省主席为饵。

　　孙殿英对冯、何两方面的争取都没作明确的表态。他认为，如果参加抗日同盟军，抗日失败了不好办，同盟军是参加不得的。如果听从何应钦的唆使去攻打抗日的冯玉祥，则刚刚由热河抗战换来的名誉又要彻底破产，遭人唾骂，同盟军是攻打不得的。因此，首鼠两端。此后，蒋介石为了杜绝他和冯玉祥的结合，使用调虎离山计，发表他为青海屯垦督办，令孙部离开察省，前往边远的青海。孙殿英欣然接受，率部西进。

　　1934年，孙率部向宁夏推进。当时包头有一支土匪武装约二千余人，都是骑兵，非常彪悍，首领为杨猴小，阎锡山对其也毫无办法。但杨和孙的关系很好，接受了孙对其所部的改编。这样，开云Kaiyun官方网站孙部就号称有五万之众，浩浩荡荡地往宁夏省城推进。在孙殿英率部西进的同时，蒋介石已密令宁夏的马鸿逵对孙部予以中途截击，并密令阎锡山见机行事，一旦孙部在宁夏打响，立即抄其后路，彻底予以解决。

　　孙部进至五原、临河、陕坝等地后获悉马鸿逵严阵以待，不得已停止西进。达五原一带本属于晋绥的势力范围，阎锡山自然不欢迎这位不速之客染指。但由于中原大战时孙曾出过力kaiyun官方下载，不便把他驱逐出境，不得已许以补充弹药等物质的支援。当孙得到阎的弹药补给后，对他的部下说：“阎老西不愿意让我们在这里过冬，给我们补充弹药，就是叫我们赶紧走路。”

　　此刻的孙殿英，留即不能，行也被阻，不得不寻求外援，以壮人声势，为尔后的发展开辟道路。他要李锡九前往天津邀请南汉宸到包头共商西进计划，希望通过南汉宸的关系与陕北红军和杨虎城连成一气，共同经营西北。南汉宸到了包头，被孙聘为高等顾问，起草了一份关于陕北红军、杨虎城和孙殿英三方面合作的通电，并经有关方面审阅同意，准备待孙部到达陕甘边界时发表。孙殿英为了表达自己的诚意，还打算送给陕北红军两千支，轻机枪一百挺，约定红军派遣部队到黄河渡口接运，后因孙部攻宁夏失败，红军未能收到这批枪械。

　　正月二十，孙部已到达石咀子，包围了平罗和中卫，接着又攻占了五响堡和馒头桥。孙为达到速战速决，定下了“明攻李岗堡，暗袭宁夏城（今银川）”的作战计划。杨猴小的骑兵深入敌后，切断马鸿逵和外面的联系，步兵很快占领了宁夏城外的两道堤岸。

　　本来胜利在握，不料孙的一位亲信团长所说宁夏的警备司令已内定由旅长杨干臣（回族）担任，于是心怀嫉妒，小战而逃，攻城未得手。到第二次夜袭宁夏城时，由于马鸿逵利用民族关系收实了杨干臣，杨把孙的作战计划完全泄露，以致宁夏省城久攻不克，马又把蒋介石要他消灭孙殿英的电令告诉杨，迫杨投降。旅长于世铭也和何应钦勾结，企图赶走孙殿英。何应钦此时一面对孙部停发银饷给养，一面授意庞炳勋等人致电孙殿英，劝其早日交出兵权，解甲归田。同时，派侯成与阎锡山商洽，由普、绥出兵，截击孙部，断其归路。国民政府命令撤消青海屯垦办公署，免去孙殿英本兼各职。有人甚至当面劝告孙离开部队，孙在四面楚歌之中，东撤，干4月初返抵包头，残部为阎锡山收编。他将李锡九、南汉宸送走，自己则前往太原晋祠。