1926年孫傳芳在長江以南與蔣介石北伐軍作戰失利時，決心與東北軍合作，繼續抵抗。但是在1925年，他曾襲擊過東北軍于滬、寧一帶，迫使東北軍放棄上海、南京、安徽等地區。宿怨未消，化敵為友大非易事。他遂決定親往天津見張老帥(張作霖)，動以利害，希釋前嫌。他化裝為一個商人，穿灰布大褂，貼身帶兩支手槍。搭津浦列車，坐在茶房的車廂內，只身北上。路過山東境內，張宗昌的密探密布車上，亦未發現。孫抵津后，即到英租界住宅給張老帥掛電話。接通后，便說：“我是孫傳芳，由南方來，有事面商。”張接電話，久未作復，以為孫是敵方的主帥，如何能來天津，想必是帶兵打過來的。

最后，還是允予見面。孫見張第一句話便說：“完了！完了！我們北洋系的軍人，眼看要全完了！只有團結起來，與北伐軍作殊死戰，否則將被各個擊破。過去是兄弟鬩墻，今日要外御其侮了。現在我甘愿做你的部下，聽你指揮，請你不要見外。”張對左右說：“快請總參議來，共同商量。”楊宇霆進門，見孫在座，不覺面紅耳赤，因上年他是江蘇督辦，被孫趕走，舊事不免耿耿于懷，孫急趨前握手說：“老弟！對不起，過去我們是自家人開玩笑，不要介意；共同商量今后的大計吧！”經此一番話，前嫌頓釋。孫的聯軍改為第五方面軍團，歸張節制。這是孫不與北伐軍合作而與張作霖合作的經過。以后張作霖到北京，做大元帥，組織軍政府，孫實為策動之主要角色。

孫初到沈陽時，住商埠地齊宅，嗣因房舍狹小，遷至大西關大什字街一座樓房，據說是殖邊銀行舊址，房子很多，比較寬敞。后來他的夫人和兩個兒子也接來同住。樓下為其副官、衛士等，約有20人左右。另外有一位趙秘書。他還有幾位處長長住日本站(南滿鐵路車站用地)，均攜帶家眷。最后孫又遷至三經路一所樓房，系新式建筑，比較舒適。他另有一位夫人住在大連。

他的生活比較簡單，飲食不太講究。楊宇霆由前方回沈陽后，他夜間多赴楊宅與之周旋。在家時，除會客或與下屬談天外，總是手不釋卷，有時繞室徘徊，若有所思，很少休息。他在沈陽的各處長中常來見面的，為糧餉總辦程步青(系其外甥)。此時他的軍隊仍駐關內。有一次來了一位軍長李寶章，以后又來了一位王金鈺，他的副官們均稱為總參議，住了10日左右又返回關內。

他喜歡騎馬，他曾由關內運來駿馬十余匹，興之所至，常于天朗氣清之晨，馳騁于郊外公路上。他極愛槍。他的寢室墻上掛有長槍，每次外出，車上亦放有短槍。他常說：“軍人不能離開武器，有備無患。”

他很喜歡看書。他不但好看線裝書，也好買新書。有一次，他與下屬到日本站一家日本書店，買了很多新書。正在選購的時候，賣書的日本人，忽然用日語對其下屬說了一句：“此人是孫傳芳。”下屬說：“你認錯了。”他說：“一點不錯，我有相片。”當他到樓上取相片時，下屬勸孫先走。下屬付款后即攜書回去。孫系日本士官學校畢業，懂得日語，他當時也感到很奇怪。回家后，部下深深驚嘆，日本一個普通商人，也有第二個任務。

孫在沈陽，每日赴帥府辦公，像張學良將軍的一位貴賓，又像高等顧問。他們兩人很親近，軍事、政治以至家庭瑣事，無話不談。當楊宇霆指揮軍隊駐守榆關、昌黎一帶時，孫曾親至前方慰問東北軍。

那次坐的是專車，有米春霖、王烈諸人同行。有人私問孫到前方去做什么。他說：“你們總司令對楊宇霆不大相信，不知他在前方搞什么名堂，讓我去看看。”及至前方軍事結束，楊宇霆回沈陽后，孫白天仍到帥府，夜間多赴楊宅與楊周旋。但他從不訪晤別人，即萬福麟來謁，亦未回拜。其地位之高可想而知。

有一次，孫傳芳與其親信一同到楊宅，剛坐下，楊宇霆說：“阿斗為何還不見來？”少頃，張學良將軍亦到。在這一時期，張學良將軍每晚均到楊宅，與楊極力周旋。在歸途中，親信問孫：“阿斗是誰？”孫笑答：“你還不知道嗎？就是你們總司令。”親信說：“為什么這樣稱呼？”孫說：“他一向是這樣說法。”