副总司令，守备奉天。张作霖败退回东三省后，孙烈臣和张作霖发出东三省自治的宣言，孙烈臣就任东三省保安副司令。张作霖为报复直系，着手进行军事改革，创设东三省陆军整理处。孙烈臣被任命为该整理处总监，同该处副统监姜登选、韩麟春、保安司令部参谋长张学良、副参谋长郭松龄共同取得显着的改革成果。然而，由于孙烈臣投入吉林省政的时间和精力不足，吉林的匪贼逐渐抬头，混乱渐生。1923年（民国12年）11月，孙烈臣回到长春主持整顿省政，然而成效不彰。同年中，孙烈臣患重病，乃推荐张作相继任吉林督军，自己在家养病。1924年