孙殿英逃脱惩罚，继续他的军阀人生。中原大战开始后，时局对阎锡山、冯玉祥很不利，他又投靠了张学良；抗日战争中，开始他倒有好表现，通电呼吁团结救国，在河北、河南与日军多次作战，并在热河与日军血战七昼夜；但1943年又率军投降了日本，当起汉奸；抗战胜利结束后，孙殿英部被蒋介石编为第四路军，追随蒋介石打内战。
1947年4月，晋冀鲁豫野战军(二野)进攻河南汤阴，汤阴守将就是孙殿英。孙殿英筑起五道城防，还是在半个月内即兵败城破，他本人则被活捉。
逍遥法外近二十年，这回他终于做了被关押的囚犯。
被捕的孙殿英因军阶高（少将）而受到一定优待。他随身带着两个箱子，吃喝拉撒睡都寸步不离。因他当年炸清东陵而几乎成为国际名人，二野方面一猜就知箱子里头有什么宝贝。
旅长肖永银去审查，和颜悦色地跟他说：\"孙司令，听说你有两个宝贝，拿出来让我也开开眼嘛。\"孙殿英恭恭敬敬又呆若木鸡，思考半晌复点头哈腰：\"兄弟愿献宝，兄弟愿献宝！\"
一只箱子里是一个他从慈禧墓里盗出的玉石西瓜，这是当年外藩进贡清朝皇帝的礼物；一只箱子里是一支古剑，这支剑是三国赵子龙用过的！肖永银看过后对他说：\"孙司令，真对不起，这些宝贝是国家的，必须交公呀！\"
孙殿英显出了守财奴相，哀求道：\"我太喜欢这两件宝物了，你不知道自从有了这两件宝物在身边，我活着都像有了精神头儿，能不能再让它陪我两天！\"
这一要求被拒绝。随后他先后被押送到中原野战军总部和涉县关押，生活上对他以优待，其间刘伯承特意见了他一面。
因嗜食大烟不能得到满足，加之年老体弱，1947年秋，孙殿英病死。因盗墓而家喻户晓的他，终于自己也走进了坟墓。
值得一提的是，他这个以盗墓出名的军阀，却有一个当了教授的独生儿子孙天义。孙天义教授一生在恶劣的政治环境中自强不息，出版有《罗斯福传》、《张伯伦传》、《戴高乐传》等八部译作。他曾任西安外国语学院院长，后任陕西省政协副主席兼教文卫体委员会主任，为保护名胜古迹不遗余力。他说：\"父亲破坏文物的污点，是抹不掉的。正因为如此，更增加了我保护文物的责任感。\"