官大都是留美的少壮派，士兵中有文化的多，部队平时训练严格，军容风纪比国民党其他部队好，再加上民族战争伟大的感召力，所以在淞沪前线打得很顽强，给日本侵略军以很大的杀伤。
在温藻浜战斗中，孙立人中弹负伤，被送香港养和医院医治。1938年，孙立人又率部参加了武汉保卫战，二次立功。
这二次战役，使孙立人在军界初露锋芒。
“税警总团”在长沙扩建为缉私总队时，孙立人任总队长，同时晋升为少将。孙立人选定长沙为扩军基地，主要有两个原因：其一，长沙是当时国民党统治区的中心，便于收容各路部队的散兵游勇；其二，原“税警总团”的官兵中，湖南人居多，在战斗中，湖南人勇敢善战，深得孙立人赏识，在本地扩军，便于多招些湖南人。孙部基地设于长沙岳麓山。副总队长齐学启，湖南宁乡人，曾任江苏保安团团长。
第一团上校团长贾幼慧，山西人，是孙立人清华和弗吉尼亚的同学，曾任原税警总团炮兵营长。
第二团上校团长唐守治，湖南零陵人，曾任某部队宪兵营长。
第三团上校团长葛南杉，江苏人，留法生，工兵营中校营长王之，留美生。通信营少校营长文芝龙，黄埔毕业。孙立人依靠这些骨干，招募和收容兵源，扩大自己的势力，不到半年，就招集了三千多人。以后逐渐扩充到五个团，还有工兵、通信、特务等三个直属营和一个教导队，实际已有了两个师的兵力。
孙立人在湖南建军，原以为离前线尚远，可以好好地扩军训练，不料日军飞机经常来轰炸，弄得日夜不宁。于是，他急忙电告重庆，请求转驻贵州。蒋介石、宋子文也想保存这部分力量。所以，很快就批准了入贵州的请求，指定缉私总队驻贵州都匀训练。
1940年11月，税警团改编为新38师，孙任师长，1942年远征缅甸。
在中国对日抗战史中，有一段精彩的“异域”篇章，这就是孙立人所率新38师远征缅甸时的“仁安羌大捷”。
“仁安羌大捷”是个闻名世界的战役，新38师在劣势的情况下，竟以不满1000人的兵力，击败数十倍于自己的敌人，救出超己十倍的友军。
当时缅甸整个战争形势，就盟军方面来说：左翼为国民党军队第6军，当面之敌为敌第18师团；正面为国民党军队第5军，当面之敌为敌第55师团；右翼为英第一军，当面敌为敌第33师团。新38师在曼德勒，无形中有东西策应的任务。
4月14日，由于英军第1师放弃马格威，改守仁安羌，引起盟军右翼的严重局面。新38师的112团和113团先后奉命由副师长齐学启率领，开往纳特曼克与巧克柏当两地布防，负责支援英军和掩护正面的侧背，曼德勒卫戍的任务，只留下114团的两个营担任。而114团的第1营仍然留驻腊戍，担任飞机场的警戒任务。
日军探听到英军退守仁安羌的消息，马上就分出两个联队兵力，绕到英军后方，占领仁安羌油田，切断英军归路，将英军第1师全部和战车营的一部，包围在仁安羌北面一带地区。又用一个大队的兵力飞快占据拚墙河北岸渡口附近，阻截英军的救援，不过当时在拼墙河北岸和日作战的英军，只是少数步兵和装甲旅战车山炮的一部分，自身都已难保，更无力分兵去救援在南岸被围的部队了。
4月16日，在仁安羌北面的英军第1师已经被包围两个昼夜，粮尽弹缺，水源断绝，危急万分，驻扎巧克柏当的113团，便接到了立即驰援的命令。救兵如救火，113团连夜奔赶，在17日的黄昏时分，到达拚墙河北岸，在距河五英里的地方，进入准备攻击的位置，当晚就展开了猛烈的战斗。18日拂晓起，战斗更激烈，孙立人亲自从曼德勒赶往前线指挥，正午12时，拚墙河北岸日军肃清，英方催请孙部立刻渡河攻击，当时孙部兵力太少，而且南岸地形暴露，日军又是居高临下，孙部站在仰攻的地位，如果攻势稍一顿挫，日军可能立即窥破孙部实力，这样一来，不但不能达成解救英军的任务，并且可能把113团陷入危险的境地。因此，孙立人决定暂时停止进击，打算在黄昏以前用尽各种方法把当面的敌情和地形侦查清楚，再利用夜间去周密部署，准备在第二天拂晓进行攻击。英第1军团长史林姆将军对于孙立人这样计出万全的筹划，虽然表示十分钦佩，但怎样才能使他的被围部队立刻解救出来，却是他更焦急的一个问题，因为他接到被围的第1师师长斯高特将军的告急无线电话，报告被围官兵已经断绝了两天的水粮，无法继续维持下去，若是今天再不能解围，便有瓦解的可能。所以史林姆将军要求孙立人无论如何要立即渡河攻击援救，不能等到明天。后来孙立人一再的解释利害，并且请他打电话通知斯高特师长务须再忍耐一天。史林姆将军正在犹豫不决的时候，斯高特师长又打来了第二次告急的无线电话，说是被围的部队已经到了最后关头，再也不能忍耐一刻了。史林姆将军脸上显然是变了颜色，他凝视着孙立人，目光慌乱，神情紧张，但孙立人的态度却依旧很平静，并再请史林姆将军转告斯高待师长说：“贵师既已忍耐了两天，无论如何还要坚持这最后一日，中国军队一定负责在明天下午6点钟以前，将贵师完全解救出围。”无线电话中又以焦急而怀疑的语气传来“有无把握”的询问，孙立人斩钉截铁地回答他说：“中国军队，连我在内，纵使战到最后一个人，也一定要把贵军解救出险！”
这句话使史林姆将军大为感动，和孙立人郑重地紧握着手，认为这是一种“君子协定”。
19日，东方鱼肚白色还没有出现，攻击便开始了。破晓时，左翼部队将日军第一线阵地完全攻占。战斗转进到山地里，日军不顾一切猛烈反扑，孙部已得的阵地，三次失而复得。在日军优势兵力的压迫下，孙部必须要处处防备敌人侦知实力，所以用种种方法，设置疑兵，虚张声势，又用小部队进行扰乱突击，更教日军无从判断虚实，主攻部队利用山炮、轻重机枪及轻重迫击炮的掩护，反复肉搏冲杀，第三营长张琦流尽了最后一滴血，还高呼着“弟兄们，杀呀！”士兵们眼看着自己的长官壮烈地倒了下去，心头热辣辣地默念着他最后所发出的口令，含着眼泪，前仆后继的拚死冲杀上去，一直冲上了油田。山凹里，油田边，都积起了一堆一堆的尸丘。这一场白刃肉搏的大战，从午前4时继续到午后3时，日军的第33师团完全被击溃了，他们丢下了1200多具死尸，退出阵地，113团不过1000人的战斗员兵中也伤亡了一半。这不但是一个冒险的攻击战，简直是一个可怕的空城计。
下午5时，孙部克复了全部仁安羌油田区域，枪炮声渐渐的稀远，敌人显然是在加速后撤。孙部首先将被俘的英军、美传教士和新闻记者五百余人解救出险，并将夺回被日军抢去的英方辎重汽车一百多辆，交还英方。接着英军第1师的步兵、骑兵，炮兵、战车部队等七千余人和一千多匹马都在孙部的安全掩护下，从左翼向挤墙河北岸退出，三天的苦熬已使他们狼狈不堪，一路对着孙部的官兵，个个都竖起大拇指高呼“中国万岁”，更有许多军官压制不住感激的热情，抱着孙部的军官跳了起来，友情的高扬已经到达了顶点。
仁安羌之役、在军事上是一个奇迹，中国军队是以少胜多，以客胜主，以寡救众。这一仗，不但表现出中国军队是有严格的训练和旺盛的士气，更表现出中国的指挥官有卓越的将才，有高明的判断能力，有超人的战术眼光，胆大心细的断然处置。同时，这一仗还不只是表现出中国军队作战的英勇惊人，并且显示出了中国文化传统的优越性，从孙立人回答史林姆将军的“中国军队战至最后一人，也一定要把贵军解救出险”的一句话语中，就充分表现了中国军人舍己救人和不背盟信的美德，以及中国军队和中国人民对道义的高深教养，后来，新38师转进到英法尔时，又和英军第1师碰在一起，彼此语言不通，相互以目光表达情感，有些英军官兵见了孙部，眼眶中竟都含有感激的晶晶泪水，这种表情不只是在羡慕新38师的战功，也不只是在感谢中国军队当日解救他们出险的好处，而是他们被中国军队舍己为人的精神所感动了，对于这种亲挚的友情协助，他们当会终身感念不忘的。
由于仁安羌援救英军卓越的战功，孙立人荣获“英帝国司令”勋章（C·B·E）和美国的“丰功”勋章。被誉为“东方的隆美尔”和“东方野战之狐”。
四面楚歌“仁安羌大捷”后，孙立人升任新一军军长。抗战胜利后，新一军4万多人马辎重，借道香港，在美国军舰护送下，开向东北，部队首先在秦皇岛登陆，然后乘火车到锦州一带集中。途中受到东北民主联军的袭击，伤亡颇重。这一年初，孙立人又一次出国考察，此时尚未回国，全军由副军长贾幼慧率领，辗转迂回到沈阳外围。在四平街，新一军同东北民主联军激战了一个月，伤亡惨重，却攻不下一个小小的四平街，蒋介石非常不满。这时，孙立人已经回国，急忙从关内赶来指挥战斗。也是他运气好，东北民主联军在保卫四平街的战斗中，赢得了时间，正作战略转移。因此，新一军一举而下吉林，长春、德惠，陈兵松花江畔。这一战又给孙立人镀了一层金粉。
但孙立人既非黄埔弟子，又非陆大学生，在国民党部队中自成一系，且孤芳自赏，自命不凡，仗着美国人撑腰，有时连蒋介石也不放在眼里。所以，蒋介石对他也不满，适逢云南部队60军184师在东北起义，投向共产党，使蒋介石愈加感到非嫡系部队不可靠。云南部队的后台是龙云，蒋介石曾以明升暗降的手法，把龙云调到中央，削掉了云南王的兵权。于是，便使用同样的手法，提升孙立人为东北“第四绥靖区司令”，接着�