年3月，升任宜昌市委书记、宜昌军分区党委第一书记，2002年4月起，兼任宜昌市人大常委会主任。2002年6月，在第八届中共湖北省委第一次会议上，48岁的孙志刚当选省委常委，晋升副部级。同年8月起兼任湖北省委秘书长、省直机关工委书记，成为时任湖北省委书记俞正声的“大管家”。
安徽政坛.2006年9月，孙志刚转任中共安徽省委常委，并任安徽省人民政府常务副省长。2009年，在中共中央、国务院《关于深化医药卫生体制改革的意见》下发后，孙志刚兼任安徽省医改领导小组组长，主持该省医药卫生体制改革