1930年中原大战时,孙殿英又背叛了蒋介石,投靠冯玉祥和阎锡山,担任第四方面军第五路总指挥兼安徽省主席。
由于张学良支持蒋介石,率东北军入关,冯玉祥和阎锡山战败,孙殿英见风使舵,又接受了张学良的改编,担任第四十师师长。
1931年“九一八”事变以后,孙殿英升任第四十一军军长。
1933年2月,三万日军进攻热河,驻守热河的东北军汤玉麟部和万福麟部一败涂地,张学良便命孙殿英率部由山西驰援热河。
孙殿英率领四十一军在赤峰与日军展开激战,两军相持七个昼夜,孙殿英因军队伤亡过大而退至猴头沟门,又与日军作战十余日,最终战败撤退。
虽然孙殿英的四十一军在与日军作战中损失很大,但他趁机吞并了汤玉麟的两个骑兵旅、一个步兵团以及其他残余部队,依然保有一定的实力。
为了抬高自己的地位,扩大自己的影响,孙殿英请出了进步人士李锡九为高等顾问,韩麟符为政训处处长,中共党员宣侠父为秘书长,还吸收了很大一批中共党员和国民党左派人士。
东陵盗宝的主犯孙殿英,摇身一变,竟然成了抗日救国的民族英雄。
1933年5月,冯玉祥等人在张家口成立了察哈尔民众抗日同盟军。
冯玉祥派人同孙殿英交涉,希望他率领部队加入抗日同盟军。与此同时,蒋介石也派人找到孙殿英,表示如果他出兵攻打同盟军,便可以任命他为察哈尔省主席。
夹在蒋介石和冯玉祥两大巨头中间,孙殿英两不得罪,既不同意也不拒绝,摆明了要当一个投机分子。
蒋介石为了防止孙殿英倒向冯玉祥,便任命他为青海屯垦督办,让他率部离开察哈尔,打算在途中将他解决掉。
1934年春,孙殿英奉蒋介石之命前往青海赴任。
青海军阀马步青、马步芳,宁夏军阀马鸿宾、马鸿逵一直将西北视作自己的地盘,怎么可能眼睁睁看着孙殿英前来染指,于是两方组成联军,共同对抗孙殿英,这场战斗被称作“四马拒孙”之战。