而同奉系要人王永江发生对立，孙烈臣也令其他诸位军官感到同样不满。1917年（民国6年），抱持同样不满态度的汤玉麟和第28师师长冯德麟联合起兵反对张作霖，孙烈臣参与镇压冯、汤的兵变。孙烈臣也因此功绩而升任第27师师长。翌年，孙烈臣任湘东支队司令，率奉军远征湖南。9月，他升任关内奉军副司令。
张作霖的得力助手.1919年（民国8年）7月，经张作霖的推荐，孙烈臣被任命为黑龙江督军。当时，1917年俄国革命的影响造成中俄国境极其不安定的情势。孙烈臣谨防在边境活动的红军和白军侵入中国领土，还