孫立人於1914年以安徽省第一名的成績考取清華學校(今清華大學)庚子賠款留美預科,接受八年的留美預備訓練。清華歷來十分注重學生的體育鍛煉,孫立人在校風薰陶下,熱衷於籃球、足球、排球、網球、手球、棒球等各項球類運動,在眾多項目中孫立人最擅長的是籃球。1920年他任清華籃球隊隊長,率隊擊敗當時稱霸京津籃壇的北京高等師範學校,獲得華北大學聯賽冠軍。1921年入選中國國家男子籃球隊,參加了在上海舉行的第五屆遠東運動會,身高1米85的孫立人當時擔任球隊的主力後衛。當時籃球項目有菲律賓、中國、日本三國參加,東道主中國隊經過激戰,先以32-29擊敗日本,再以30-27擊敗菲律賓,獲得本屆運動會籃球冠軍,這是中國在國際大賽中第一次獲得的籃球冠軍。因其在清華學校已習基礎工程多門,故直入普渡大學三年級加修土木工程學,1925年取得學士學位畢業。 1926年孫立人進入維吉尼亞軍校,接受嚴格之軍事教育,因其已有學士學位,故直入三年級習文史,1927年以文學士畢業,遊歷歐洲,參觀英、法、德等國軍事。
孫立人不但在抗日戰爭中殺的日本人丟盔卸甲, 他在和林彪的交手中也是勢不可擋。 1946年3月下旬,新一軍乘美艦在秦皇島登陸,同時孫立人被派往美國參加聯合國軍事參謀團會議,由於抗戰後國共關係迅速惡化,國共兩黨爭奪東北戰事受阻,蔣中正急電孫立人返國指揮新一軍。5月15日夜,孫立人趕到新一軍軍部,連夜制定攻擊計劃。5月16日,新50師從正面攻擊,新30師和新38師從側翼攻擊,孫立人到前沿親自駕坦克作戰,新一軍官兵見軍長回來了,士氣大振,奮勇猛撲林彪部防線。5月17日,新50師150團首先突破,攻克四平東南制高點五頂山,林彪指揮部隊連續反擊,始終無法奪回。5月18日,新38師114團突破四平東北防線,新30師88團突破城南防線,林彪棄守四平。鄭洞國久攻不下的四平,孫立人只用3天就攻克了,瓦解了杜聿明五個月來與共產黨東北民主聯軍林彪對峙的僵局,林彪執行毛澤東「讓開大路,佔領兩廂」的命令退到公主嶺,杜聿明在接到投降的東北民主聯軍總部作戰科長王繼芳的情報報告共軍戰力已失,命令所屬5個軍進行超越追擊,孫立人一路前進,親率新五十師強渡遼河,攻擊公主嶺,林彪又北撤,五日內攻陷長春,隨後取回農安、德惠等戰略要地,進展順利。6月5日,攻佔陶賴昭車站。此時哈爾濱中共黨軍及各類機關是一片混亂﹐正在往佳木斯方向潰散。 此時林彪部隊流傳「只要不打新一軍,不怕中央百萬兵」。但在救援海城的問題上,孫立人與杜聿明發生了矛盾,杜聿明調度有失,孫立人向蔣介石抗議,埋下將帥失和伏筆!至此1946年四、五月間,東北第一次「四平街會戰」,國軍大勝。但此時,正值馬歇爾來華調停,馬歇爾不斷向蔣中正施壓,為迫使國共停戰不惜以美國援華五億貸款為要挾,敦促東北國軍停止追擊到松花江南岸為止,此舉讓林彪潰敗之軍,得以喘息。但蔣中正為了顯示國軍在松花江以北的存在,指令杜聿明派一個團渡過松花江,佔領交通要點陶賴昭堡,此地易守難攻,杜聿明命令孫立人率新五十師渡江,隔日,攻取了陶賴昭堡,此時距哈爾濱僅六十公里,位在哈爾濱的中共黨政軍組織均已做好撤退準備,在孫立人即將攻進哈爾濱之時,6月6日,蔣中正下第二次停戰令;國共停戰。
張正隆的《雪白血紅》一書中寫道:「從當年的林彪到今天的老人,都說國民黨沒向江北推進是失算。否則,共產黨的日子將更難過。」1947年林彪為打破杜聿明的先南后北的作戰方針,先後發動了三下江南、四保臨江作戰,1947年1月5日,孫立人的新38師1個營被共軍第3師包圍,孫立人命113團主力解圍,結果在其塔木被全殲,但孫立人卻一直堅守松花江南岸,沒有給林彪以更大的戰果。德惠之役后,新一軍扼守松花江南岸的一個連及堅守德惠的五十師一四九團獲蔣介石賜名「中正連」、「中正團」。但隨後,杜聿明屢次發電向蔣介石批評孫立人,指責其作戰不力,驕橫跋扈。蔣介石鑒於孫立人和杜聿明不和,而且在東北國軍將領中比較孤立,不可能取代杜聿明統領各軍,所以蔣介石將他升為東北保安司令部副司令長官虛職,暫時解除兵權,其新一軍軍長之職由黃埔出身的第50師師長潘裕昆接任。
同年7月,蔣介石將孫立人調離東北,出任陸軍副總司令兼陸軍訓練司令官,在南京成立陸軍訓練司令部,負責全國國防新軍訓練的重任。此消息一傳到哈爾濱后,毛澤東開慶祝會道:「我們唯一的敵人被杜聿明趕走了,東北將是我們的天下了。」陳誠赴東北,拆散新一軍組成新一軍、新七軍、把新一軍原有主要武器移交其他黃埔系將領;並且將原本已編入地方保安,接受日本精良訓練的原滿軍裁撤,使許多滿軍因頓時失去生活來源而紛紛加入共產黨軍隊,大大增加了共產黨在東北的實力。孫立人離開東北時,東北局勢雖已被動但尚未惡化至不可為地步,是國軍在東北唯一全身而退的將領。自孫立人失去領軍的官職,林彪發動了三大戰役的第一戰役,在東北橫掃國民黨軍隊的杜聿明廖耀湘兵團。