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。