孙皓对他一直有所防备。 建衡二年（270年，晋泰始六年）秋九月，孙皓派遣何定带领五千人到夏口狩猎鹿群三千只。也是在这一年，宗室孙奉、孙奋都被以孙皓处死。因此孙秀听说何定带兵前来的消息，担心是孙皓有所图谋，想要借此加害自己，于是乘夜带同妻室及亲兵数百人投奔晋国。孙秀到晋国后，受到晋武帝的厚待，将其加封为骠骑将军，开府仪同三司，领交州牧，封会稽公，以此向吴人宣示晋国的怀柔政策。几个月后，孙秀的旧部何崇便率领五千人来归降。另一方面，吴主孙皓得知孙秀叛投晋国的消息后大怒，下令将孙秀的姓氏改为“厉”。 咸宁六年（