1932年，日本帝国主义继占领中国东北三省之后，又举兵侵犯热河、察哈尔以及长城各关隘。中央军一味地避战退让，激起全国人民极大的愤慨，纷纷要求出兵抵抗。是年10月，冯玉祥急忙离开隐居的五台山，来到张家口“爱吾庐”公馆，准备抗战，北方各军亦纷纷开赴长城各关口进行抵御。冯玉祥适应全民抗日的**，于1933年5月26日，在张家口发起组织成立了“抗日同盟军”。冯自任总司令，率部开往热河、喜峰口一线和日军干了起来。在冯玉祥及其部下的影响下，在山西汾阳的方振武、鲍刚偕其军校学生亦开赴张家口，准备抗战。其他北方军队、各界民主爱国人士、爱国学生和广大群众，都纷纷响应，誓死抗战，保卫疆土，大有驱逐日寇出中国之威势。当时的热河抗战引发了举国上下的抗日热潮。在这股抗日热潮的影响和阎锡山为了独占山西地盘而有意的撵劝下，孙殿英为雪本人出身低贱和所率军队名声不佳的耻辱，毅然决定响应冯玉祥建立抗日同盟军的号召，率部出兵热河，参加了抗日阵营。
孙殿英的热河抗战，不久即在蒋介石的掣肘和暗中打击下，随冯玉祥的抗日同盟军一道宣告失败。接着，孙殿英被南京国民政府任命为青海省屯垦督办，被迫率部转往青海。竟想不到的是，孙部刚到宁夏，就遭到了西北军阀马鸿逵、马鸿宾等马家军的围困和猛烈攻击，孙殿英见西北无以立足，便率部经过血战突围而出，历尽艰难险阻，撤往山西晋祠。也就在这个时候，他手下的几员干将谭温江、柴云升、丁庭等，有的阵亡，有的溃逃，有的另有所投，已经没几个人在其身边了。之后，孙殿英被南京国民政府任命为冀南保安司令，又率残部由山西来到冀南。1937年7月7日，卢沟桥事变爆发后，全国再度掀起了抗日热潮，蒋介石在民族抗战浪潮的推拥下，不得不转向抗日，孙殿英被任命为冀察游击总队司令，率部由冀南向山西晋城一带抗敌。其时，国民政府中央军委将共产党领导的红军改编为十八集团军第八路军，司令朱德，副司令彭德怀，辖林彪、贺龙、刘伯承三个师。1937年底，八路军一二九师刘伯承、邓小平部，由陕北辗转来到晋东南，与孙殿英部相会于山西晋城。因这时孙殿英和部下已有抗日之志，所以和刘、邓部队相处得极为融洽，双方曾在晋城城内大庙前的戏台上，联合举行了多次抗日宣传慰问演出。舞台上下，抗日必胜的口号此起彼伏，两军官兵热血沸腾。孙殿英见一二九师武器弹药比较缺乏，主动从自己部队中拿出一部分慷慨赠予。经过一个多月的相处，使孙殿英和部下同刘、邓部队建立了较深的感情，产生以后若干年内两军互不相伤的友谊。这段友谊，为多少年后，孙殿英在汤阴战役中被解放军俘虏，刘伯承对其格外宽待埋下了伏笔。