1900年,盛京总督增祺被迫出走,来到了黑山。长时间的长途跋涉使得增祺饥渴难耐。被富户赵文清相救,在赵文清家中得到招待。赵文清是孙烈臣的表弟。在赵文清招待了增祺的第二天,孙烈臣被赵文清找来护送增祺去白土厂边门防御衙门避难。自此,孙烈臣被增祺重用,先后担任督军部堂任戈什、中营帮带、四营营长等职。张作霖担任统领之后,由于孙烈臣征剿叛匪得力,任命孙烈臣为前路巡防营帮统,后又相继担任东北军54旅旅长、师长、湘东总司令、东北军副司令长官、黑龙江督军兼行省省长等职。他战功显赫,于1919年,孙烈臣被授予陆军上将军衔。
孙烈臣是张作霖的得力干将,立下了赫赫战功,晚年疾病缠身,1924年病逝,终年52岁。