遣戍，为恭亲王深恶痛绝。同治元年（1862年），以输饷复原官。光绪十年（1884年），法越事起（北圻远征），策划醇亲王复出，排挤恭亲王，促使慈禧尽撤全班军机大臣，孙毓汶以工部左侍郎在军机大臣上学习行走，兼总理各国事务衙门大臣。当时清议纷嚣，孙出张佩纶、陈宝琛等会办南北洋、闽海军务，令清流气燄顿敛。十四年，授吏部右侍郎。十五年，迁刑部尚书，加太子少保。十九年，转兵部尚书。二十年，中日媾和，结纳李鸿章，力主战不可恃。二十年，恭亲王复入军机处，孙以病乞休。二十五年卒，谥文恪。孙毓汶在京旧居为丞相胡同（又称绳匠