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，孙楚任副主任委员。九一八事变之后，经汪精卫等人的斡旋，蒋介石委任阎锡山为太原绥靖主任。1932年2月19日，阎锡山返回太原，任命孙楚为大同警备司令。此后，孙楚任三十三军军长兼正太护路军司令。民国23年（1934年）夏，孙楚任庐山军官训练团第二期第三营营长。1935年春，孙楚任陕北剿匪第三防守区司令，率部协助张学良围剿陕北红军。4月，他获得蒋介石授予中将军衔。1935年冬，他负责督修沿黄河碉