装入关调停，孙殿英投入张学良，当上第四十师（东北军暂编陆军第二师）师长。1931年（民国二十年）11月，孙殿英升任第四十一军军长。1933年（民国二十二年）2月，日军三万余人进攻热河，孙殿英奉张学良之命率第四十一军由山西驰援热河，向赤峰前进；东北军汤玉麟部和万福麟部与敌一触即溃。孙殿英进抵赤峰，即展开阻击战，相持达七昼夜，后退往猴头沟门，继续与敌作战十余日，最终战败而后撤察哈尔；孙殿英趁机吞併汤玉麟两个骑兵旅、一个步兵团以及其他各路义勇军。孙殿英同日军交战，最终败北，但其勇敢作战赢得了舆论称赞。同年5月