后来孙铭九先后担任了张学良的机要随从参谋、卫队营营长等职，成为张学良的心腹嫡系之一。1936年7月，张学良为建立东北军内部领导核心，实现其深刻改造东北军的目的，在军中成立了一个秘密政治组织“抗日同志会”，张学良亲任主席，以孙铭九等人为首的少壮派军官是其主要成员。这些青年军官年轻气盛，血气方刚，思想激进，对蒋介石安内攘外政策早就不满。
张学良
在南京被蒋扣押后，孙铭九等力主武力救张，与主张和平解决西安事变
的东北军高级将领于学忠
、王以哲
、何柱国
等人发生激烈冲突，最后竟派人将王以哲枪杀，酿成了令亲者痛仇者快的“二二事件”。
事发后， 东北军
军师长们极为愤怒，要求惩办凶手。 周恩来
命刘鼎将 应德田
、孙铭九等送入红军苏区暂避。于是，许多军师长们愤而宣布效忠南京，服从中央调遣命令，还有人主动采取清共行动，最早帮张学良接上中共关系的 高福源
因而被枪毙。至此，东北军作为一个集团土崩瓦解，不复存在。
西安事变， 张学良
逮到蒋介石后，蒋对张说：你今天犯上作乱，你就不怕今后你的手下会效法你的榜样，对你也玩这一手吗？张当时不以为意，不料蒋的话后来果然应验了。这一回，不是应在张学良身上，而是应在张学良去南京后留在西安的东北军主脑人物身上，下手的还是孙铭九等人。
张学良做梦也没有想到，正是他亲手创立抗日同志会，正是他精心培养的中下级军官，最终将他尽心竭力想要保存、为此不惜发动兵变的 东北军
