任意，不受管束，后刘裕领军讨伐孙恩，孙处随军而行。元兴三年（404年）刘裕起兵攻桓玄，并收复建康，孙处亦有参与，因功获封新夷县五等侯。义熙五年（409年），孙处跟刘裕北伐南燕，亦有功动。义熙六年（410年），刘裕在灭南燕后立即赶回建康以应付逼近建康的卢循大军，孙处亦参与了防御建康的工作，成功守住栅垒，阻遏卢循的进攻。不久，卢循撤离建康，刘裕已打算派兵直捣卢循后方根据地广州，于是派了孙处率领三千兵循海道进攻广州治所番禺城。当时番禺守军根本就没有想过会有晋军经海道入侵，故此一直没有防备，孙处攻至城外十多里时