京政变后，国民军成立，孙连仲被任命为国民军第一砲兵旅旅长。不久，升任骑兵第二师师长。孙连仲的部队是国民军的精鋭，军纪严正。后来，在北方各派的混战中，孙连仲以善战而着称。五原誓师后，冯玉祥加入中国国民党，改称国民革命军，孙连仲随之参加国民党北伐，击败了直军、奉军。1928年9月，国民政府设置青海省，孙连仲被任命为第一任青海省政府主席。孙连仲虽然任职时间很短，但充分发挥了其内政手腕，调整了有关当地的回族马氏等复杂的民族问题，经济建设初见端绪。1929年8月，孙连仲转任甘肃省政府主席。其后，冯玉祥