中华民国十三年(1924年)9月，第二次直奉战争爆发，以后曹锟、吴佩孚兵溃失势，曹锟被冯玉祥囚于中南海延庆楼。同年11月，段祺瑞上台执政，但北京政府实际上处于冯玉祥、张作霖的共同控制之下。中华民国十四年(1925年)，孙传芳被授予恪威上将军勋位。同年春，孙传芳派人去北京奔走于段祺瑞门下，以取得段对他的谅解与支持。段也有意拉拢他，在孙传芳得第三个男孩时，曾遣龚维疆(与孙在日本同学)来杭致贺，并以翠根小玉牛相赠。孙传芳表示段为其师辈，自当竭诚拥戴。为了讨好粤方北伐军，复令赴沪面见章太炎，晋贽2000元;又访国民党要人张继，试图与南方联络，以缓后顾之忧。孙传芳一方面积极打通各方关系，一方面整顿内部实力，等待机会，再图扩张。孙传芳主浙以后，在浙尚有皖系王宾镇守使及陈乐山第四师的部队，孙传芳派卢香享、谢鸿勋、张俊峰出兵清除。段祺瑞对此亦无可奈何。其后，他又对部队加以整饬扩充，兵力益强。
中华民国十四年(1925年)秋，孙传芳奉军陈师长江，以邢士廉师驻上海，丁喜春驻南京。其后，复派刘翼飞及赵鸣皋两旅开赴上海。同年3月，孙传芳即派人前往福州，授意周荫人筹措军费，接济浙江。4月，又衔命去张家口会见冯玉祥，说明孙传芳准备进攻奉张之决心，并转达孙传芳愿与冯结为金兰之好。5月，他的手下去开封会见河南办理军务收束事宜岳维峻，商定如何共同夹击奉军。其后，又前往岳阳，代表孙传芳敦请吴佩孚出任十四省讨贼联军总司令，并携款5万元赠吴。在返回杭州途中，又分别会见了江西军务督办方本仁和赣北镇守使邓如琢，劝说他们拥戴吴佩孚，合力讨奉。同年8月，他又派人去南京，劝说江苏军务帮办陈调元共同驱奉，定下里应外合之密谋。
中华民国十四年(1925年)10月，孙传芳出敌不意，骤然响起反奉号角，由江浙边境分三路出击:以李宝璋师直扑上海，以卢香亭师渡太湖袭占丹阳，以谢鸿勋师经宜兴攻取南京。孙传芳钱塘进军，一举夺得松江、上海，长驱直入，直抵石头城下，沿途溃军尽为孙传芳所俘获。
孙传芳督师抵南京，不暇入城，随即渡江逐北。是时张宗昌任山东督办，屯兵济南，孙军北上后，与张南下之部队交锋于津浦线上。11月初，孙军谢鸿勋师与张宗昌的前敌总指挥、济南镇守使施从滨部遭遇，施部一击而破，谢师遂占领蚌埠，施在固镇以南被俘，解至蚌埠，孙传芳决定立即处决。当时他的朋友对他说:“我们打内战，对待俘虏不宜杀戮，不如押送南京监禁。”孙传芳不听，命李宝璋在车站南边的旷野执行斩决。
孙军继续乘胜北进，直达山东边境。孙传芳既席卷苏皖，筹划建立浙、闽、苏、皖、赣五省联军体系，壮大声势。孙传芳在徐州大摆庆功宴会，意态骄盈，不可一世。10月，孙传芳成立浙、闽、苏、皖、赣五省联军，自任总司令兼江苏总司令，又派手下为联军总司令部总参议，刘宗纪为参谋长，陈阁为秘书长兼浦口商埠督办，张世铭为副官长，万鸿图为政务处长，孙基昌为军务处长，程登科为军需处长，陈锡璋为军法处长，金振中为军医处长，赵正平为宣传处长。各省高官的安排为:江苏高官陈陶遗，浙江高官夏超，安徽高官王普，福建高官萨镇冰，江西高官李定魁。
孙传芳为笼络地方耆绅，聘请江浙知名人士为顾问，其中有张謇、吴士鉴等人。又聘日本军人冈村宁次为高等军事顾问，月支薪800元，优礼有加。
孙传芳原来的基本队伍为二师及一师，及入闽又增置两混成旅，入浙又扩编四个师与一混成旅，此次组织联军，除皖陈、赣邓所属部队外，闽、浙、苏三省共建立十余师之众，足以控制闽、江、淮、赣诸水流域。财政最上，赖有善于理财的蔡朴任总部军需总监，筹划军饷政费，应付裕如。
中华民国十二年(1923年)以来，三年之内，孙传芳由鄂援闽，由闽入浙，今又进据五省。孙传芳进而又想夺取中央政权，企图推倒段祺瑞，捧出江苏巨绅张謇(民初曾任北京政府农商总长)任北京政府临时总统，以便于操纵。为此，孙传芳曾以出巡为名，亲往南通拜访张謇。
退踞江苏
中华民国十五年(1926年)夏，国民革命军开始从广东誓师北伐。孙传芳与冯玉祥在一年多以前，奉张大军南下时，孙传芳曾派手下往见冯玉祥商议携手反奉，同时联系直系将领拥戴吴佩孚出山。去年10月，吴佩孚在武汉就任十四省讨贼联军总司令。起初，讨贼指的是讨伐张作霖，后来竟与奉张言归于好，偷梁换柱，一变而为联合张作霖讨伐冯玉祥了。孙传芳对此甚为不满。同年4月，吴、张共同进攻国民军，南北夹击，冯玉祥部被迫退出北京，扼守南口。孙传芳作壁上观。
中华民国十五年(1926年)，正当吴佩孚在长辛店指挥军队攻击南口时，国民革命军北伐直抵岳阳。吴佩孚以武汉为大本营之所在，仓皇南返抵御。在北伐军锐不可当进军下，吴军连遭惨败，退师死守武昌，以待援兵。吴佩孚连电孙传芳请援，并派翟殿林到南京见他，促他出兵。孙传芳则希望北伐军与吴佩孚两败俱伤，坐收渔利。吴待援兵急如星火，孙传芳则按兵不动。直到吴佩孚从两湖败退河南，北伐军于9月初挺进江西后，孙传芳才出兵迎战，并亲赴九江督师。
当时双方之军事部署大体如下:国民革命军入江西以取南昌、九江为目标，兵力的部署一路由广东韶关趋赣南，一路由湘西进赣中，又一路由湘北、鄂南袭赣西北。孙传芳的应战，以夺取武汉、长沙为闻标，兵力的部署:谢鸿勋第四师挡赣西北，卢香亭第二师、郑俊彦第十师及杨赓和独立旅、彭德铨混成旅沿南浔铁路前进。他亲率陈调元第六师、周凤岐第三师及武铭卫队旅屯兵九江、武穴。
两军对阵，战幕揭开。在西北一路，国民革命军攻占修水、铜鼓等县，谢鸿勋中流弹重伤，死于医院，因而兵败。在中路，国民革命军李宗仁、白崇禧等部从赣南、赣西合力夹击，孙军溃退，南昌失守。卢香亭进兵南浔铁路，命郑俊彦师、杨赓和旅星夜过赣江出击，将南昌收复，又南进至丰城，即与国民革命军对峙。在北路，孙传芳驻九江督战，总部设在江新号轮船上，旋因江永轮被间谍纵火焚毁，孙传芳存戒心，遂白天在江新轮办公，夜宿决川号军舰上。
陈调元屯兵武穴，并不进军武汉，因陈已秘密派其总参议范熙绩与北伐军唐生智暗通款曲，表示保持中立。当时的局面是:谢鸿勋战死，左翼断折;陈调元中立，右翼瘫痪;唯有卢香亭、郑俊彦部尚可一战。在双方互相袭扰鏖战进退达45天之后，孙军后方增援部队走火，于是谣诼纷起，草木皆兵，各部蜂拥撤退，不可遏止，纷向九江逃奔。孙传芳急乘决川号赴武穴，意在促陈调元进攻武汉，以解九江之危，但陈成竹在胸，按兵不动。他又返航九江，停泊于对岸小池口，时北伐军已破城而入;又驶至湖口，见卢香亭部战败，乱成一团，溃不成军。至此，已一败涂地，不可收拾，孙传芳立命决川号舰长陈至宾鼓足马力东折，狼狈逃回南京。时在1926年11月。
卢香亭随孙传芳东征战败而归。与此同时，国民革命军何应钦部由广东攻入闽南，周荫人战败，被迫退出福建，暂屯浙江。孙传芳返回南京后，宣称放弃赣、闽，保守江、浙、皖三省。但实际上，安徽陈调元已经依附北伐军，浙江孟昭月腹背受敌，危在旦夕，暂时可以控制的惟江苏一省而已。
再次联奉
孙传芳战败归来，检点兵马，重新整编为15个师，准备再战。他感到国民革命军声势浩大，步步紧逼，如欲挽回颓势，必须谋求北洋各系之大联合，于是乃有段、吴、孙三角联合之议。
中华民国十五年(1926年)冬，孙传芳曾邀请段祺瑞、吴佩孚派代表在南京集会，商讨共同抵御国民革命军。参加会议的有:靳云鹏、吴光新代表段，熊炳琦代表吴，以及孙传芳、刘宗纪。会上靳云鹏吹捧段祺瑞，大骂吴佩孚，熊炳琦大为不满，反唇相讥，吵得不欢而散。孙传芳孙传芳在段、吴、孙三角联合的幻想破灭以后，不得已掉转头来，乞怜于奉系。
中华民国十五年(1926年)11月，孙传芳派手下去济南见张宗昌，取得张对孙的谅解;又前往天津见张作霖，申明合作之意。张表示既往不咎，双方同意共同联合抵抗国民革命军。
中华民国十五年(1926年)11月，孙传芳秘密前往天津，亲自向张作霖表示捐嫌修好，共同对敌。孙传芳抵津后，立即派手下往见张作霖，约定会面时间，张作霖当即派张宗昌、张学良同手下迎孙传芳。人们陪同他来到蔡家花园，孙传芳见张后先行一礼，说声“对不起大帅”，张作霖接着表示“过去的事不要提了”，二人遂化敌为友。经共同商议，决定成立安国军，由张作霖任总司今，孙传芳、张宗昌任副司令。张作霖面允派张宗昌率直鲁联军南下支援，并允为他接济军械，孙传芳乃如愿以偿，返回南京。
中华民国十六年(1927年)2月，国民革命军占领杭州，在四个月前孙传芳在九江作战时，浙江高官夏超谋变，为孙传芳处决，改派陈仪继任高官。陈系浙江绍兴人，与蒋介石有同乡之谊，孙传芳曾利用这一点指使陈暗中与蒋建立联系，任命陈为浙江高官，似有借陈居中缓冲之意。讵料陈仪一向主张“浙人治浙”，对孙传芳早已离心离德，何应钦率部进入浙江后，陈开门迎降，归附北伐军。这时，安徽陈调元倾向国民革命军事孙传芳亦微有所闻，为了拉拢陈，他特送陈20万元，但无济于事，陈终于归附国民革命军。
中华民国十六年(1927年)3月，张宗昌率直鲁联军开到南京，孙传芳将宁沪防务移交，苏督一职，亦让与褚玉璞继任，又由毕庶澄驻守上海、自率总部人员退驻扬州。在直鲁联军立足未稳之际，国民革命军即展开浙、皖钳形攻势，于3月下旬先后占领上海、南京，褚、毕皆大败，仓皇北逃。孙军亦被迫渡江北撤。国民孙传芳书法革命军占领南京后，蒋介石又派张群通过朋友劝孙传芳反正，参加北伐，孙传芳不从。国民革命军渡江北进，于5月攻占蚌埠、徐州。此时，冯玉祥出潼关抵洛阳，与蒋介石合流北伐，直驱直隶、山东。
中华民国十六年(1927年)6月，张作霖在北京召开军事会议，孙传芳参加。他怂恿张成立安国军政府，出任大元帅。其后，孙传芳奉张作霖之命反攻徐州，任郑俊彦为前敌总司令，李宝璋为副总司令，分率第十师、第二师沿津浦路南下。此时，蒋介石已叛变革命，排共清党，暴露其反革命真面目。因而其所率之北伐军人心涣散，士无斗志。李宝璋第二师鼓勇前冲，一战而夺回徐州。北伐军守徐州者为第十军，军长王天培，退出徐州后据云罗山顽抗，当时孙传芳、蒋介石均亲临前线督战。相峙未久，郑俊彦率部增援，王天培部溃败，蒋介石南逃。蒋恼羞成怒，杀王天培以泄愤。李宝璋率部乘胜追击，兵不血刃而攻克蚌埠。孙传芳进驻蚌埠，兵据浦口，两军隔江对阵。张宗昌闻捷报，特赍30万元劳军。蒋介石受挫后，二度辞职赴沪。
中华民国十七年(1928年)春，他奉命任鲁西前线总指挥，设总司令部于济宁。先后经过两次战:一次在金乡、鱼台北侧，与蒋介石军之贺耀组、夏斗寅、张克瑶等部相遇，激战两日一夜，贺部等被击溃，孙军占领金乡、鱼台、丰县等地;另一次在济宁及其附近，对手为冯玉祥军之孙良诚、方振武、吉鸿昌、石友三等部，双方激战达七八日之久，互有进退，伤亡皆多，陷入胶着状态。正在这时，津浦铁路战线张宗昌失利，溃退济南，孙传芳后路空虚，不敢恋战，立即收兵撤回济南，形势急转直下。从此，孙传芳即一蹶不振。孙传芳撤回济南之后，将懈兵乏，已无振作南下之望。
中华民国十七年(1928年)4月，蒋介石联合阎锡山、冯玉祥，共同举兵北进，发动总攻。孙传芳及张宗昌率残部过黄河北逃。至此，败局已定，而孙传芳心犹不死，赴京面见张作霖，请允其率兵出关，奋战到底。孙军从济南北撤后，驻扎在大城、任邱、河间、宝坻一带，他下令开拔东去，将领士兵均不愿出关，议论纷纷，军心涣散。6月4日张作霖在皇姑屯被日本人炸死，孙军退缩在冀东滦州一带，后由阎锡山派人收编，孙传芳逃往沈阳，投奔张学良，寄人篱下，以待时机。
国民革命军北伐告成后，派人去沈阳劝说张学良归附。同年12月29日，张学良宣布东北“易帜”，接受南京国民政府领导。在此以前，张学良曾多次与孙传芳交换政见，孙传芳意在东北应成一割据形势，以日本为靠山，伺机再度进关，与蒋介石争夺天下。奉系将领杨宇霆亦主张反蒋，于是他曲意与杨捐嫌修好，引为同调，二人过从甚密，意在全力劝导张学良就范。杨自张作霖死后，以前辈自居，目中无张学良，张急欲除之。
魂断佛堂
中华民国十八年(1929年)1月10日，张命高纪毅杀杨宇霆、常荫槐于督孙传芳署老虎厅内。孙传芳怕祸及自身，翌晨即潜赴大连引避。孙传芳在大连时，仍迭次建议张学良固守东北，以图东山再起;至1930年，阎、冯倒蒋，爆发了中原大战，孙传芳又劝张与阎、冯取一致行动。张不仅不从，反而出兵助蒋。至此，他依奉再起之迷梦彻底破灭。
中华民国二十年(1931年)，“九一八事变”后，孙传芳隐居天津，在天津的日本势力土肥原贤二和冈村宁次，便开始拉拢孙传芳投靠日本。冈村宁次利用同窗关系多次登门造访，动员他出任伪职，而孙传芳作为中国人的良心尚未泯灭，内心还是不愿意当汉奸，因而严词拒绝。
中华民国二十三年(1934年)4月，孙在天津组织佛教居士林，自任理事长。
中华民国二十四年(1935年)11月13日，国民党军统局利用被孙传芳处决的施从滨之女施剑翘为父报仇的心态，通过各种渠道使施剑翘得到了一支勃郎宁手枪。同年11月13日，施剑翘刺杀孙传芳于天津居士林佛堂。孙传芳终年50岁。