停飞至1976年7月，虽然后来平反，但仍留下「不宜结论」的官方指控，且当年迫害其父之人未受惩处反被重用，孙因此产生前往台湾的想法。于1983年时，孙天勤家中尚有母亲刘氏、妻子、18岁的儿子和13岁的女儿。1983年5月初，当时46岁的他借调到中国人民解放军海军，担任试飞研究中心试飞团第二大队副大队长，做为试飞员进行新型空对空飞弹试验。同年8月7日下午13点50分，孙天勤驾驶当时解放军最新、衍生自米格21的歼-7ⅡA战斗机，于辽宁省大连市起飞，途中在韩国仁川外海投下副油箱以减轻重量，在当时被韩国误以为遭投