蒋介石、阎锡山联合讨伐唐生智。孙楚任三十三路军总指挥兼郑州警备司令。因为阎锡山按兵不动，蒋介石遂发生猜忌，密谋扣留阎锡山。孙楚获悉该消息后，将阎锡山秘密送离郑州。3月，阎锡山、冯玉祥联合倒蒋，孙楚任第三方面军第一路军总指挥，同蒋军在陇海线作战。阎锡山、冯玉祥战败，孙楚遂率所部晋军自黎城县东阳关撤回山西。中原大战结束后，蒋介石命令张学良改编晋绥军，孙楚任正太护路军司令，驻在榆次对部队进行整训。民国20年（1931年）8月，阎锡山秘密回到河边，召集杨爱源、孙楚组织晋绥军整理委员会，杨爱源任主任委员，孙楚任副