1932年，日本帝國主義繼占領中國東北三省之後，又舉兵侵犯熱河、察哈爾以及長城各關隘。中央軍一味地避戰退讓，激起全國人民極大的憤慨，紛紛要求出兵抵抗。是年10月，馮玉祥急忙離開隱居的五台山，來到張家口“愛吾廬”公館，準備抗戰，北方各軍亦紛紛開赴長城各關口進行抵禦。馮玉祥順應全民抗日的**，於1933年5月26日，在張家口發起組織成立了“抗日同盟軍”。馮自任總司令，率部開往熱河、喜峰口一線和日軍幹了起來。在馮玉祥及其部下的影響下，在山西汾陽的方振武、鮑剛偕其軍校學生亦開赴張家口，準備抗戰。其他北方軍隊、各界民主愛國人士、愛國學生和廣大群眾，都紛紛響應，誓死抗戰，保衛疆土，大有驅逐日寇出中國之威勢。當時的熱河抗戰引發了舉國上下的抗日熱潮。在這股抗日熱潮的影響和閻錫山為了獨占山西地盤而有意的攆勸下，孫殿英為雪本人出身低賤和所率軍隊名聲不佳的恥辱，毅然決定響應馮玉祥建立抗日同盟軍的號召，率部出兵熱河，參加了抗日陣營。
日軍進攻中條山冀察遊擊總隊孫殿英部
在晉城駐守期間，孫殿英部同一二九師劉、鄧部隊，共同參加了1938年春反擊日本駐太原香月師團進攻晉東南的戰役，並在中條山下合力挫敗了日軍香月師團的進攻，保住了晉東南地區。
之後，孫殿英率冀察遊擊總隊奉命調往河北省武安、涉縣一帶駐防，同年再調河南省林縣駐防。在這期間，曾與日軍交戰數次，由於官兵作戰勇敢，不畏強敵，受到第一戰區司令長官衛立煌的通令嘉獎，為鼓舞其鬥誌，衛立煌還專門下令為孫殿英部補充了兵員和一批新式七九步槍及部分機槍、迫擊炮等武器，孫殿英的實力再次得到加強。
也就是在此期間，孫殿英有幸結識了軍統[1]頭子戴笠。因為兩人都以賭術聞名，且出身和經曆都極其相近，故兩人一見麵，便氣味相投，一拍即合。後二人交往頻繁，並拈香結盟，成為異姓兄弟。1938年春夏之交，在戴笠的引見下，孫殿英赴南京謁見了蔣介石。盡管蔣介石、宋美齡夫婦在幾年前就接受了孫殿英從東陵盜出的寶物，外間並有宋美齡將慈禧口中含的夜明珠綴在鞋子上出沒於交際場所的傳聞，但蔣介石夫婦和孫殿英麵對麵相見還是第一次。