1926年11月，孙传芳决定和奉系化敌为友，他化装成商人坐火车去天津面见张作霖。 当时，孙传芳在长江以南与北伐军作战失利后，决定与奉系张作霖合作，联手抵抗。但是，两人曾是死敌，在1925年，孙传芳突袭奉军于沪、宁一带，迫使东北军放弃上海、南京、安徽等地区。 为了化敌为友，孙传芳决定亲往天津去见张作霖，动以利害，冰释前嫌。孙传芳化装为一个商人，穿灰布大褂，贴身带两支手枪。搭津浦车，坐在茶房的车厢内，只身北上。路过山东境时，张宗昌的密探密布车上，但却未发现。孙传芳抵津后，立刻到英租界住宅给张作霖打电话。 电话接通后，孙传芳说：“我是孙传芳，由南方来，有事面商。”张作霖久未回复，认为孙传芳是敌方的主帅，如何能来天津，想必是带兵打过来的。不过最后，张作霖还是答应了见面。 孙传芳见张作霖第一句话便说：“完了！完了！我们北洋系的军人，眼看要全完了！只有团结起来，与北伐军作殊死战，否则将被各个击破。现在我甘愿做你的部下，听你指挥，请你不要见外。” 张作霖对左右说：“快请总参议来，共同商量。”杨宇霆进门，见孙传芳在座，不觉面红耳赤，因杨宇霆曾是江苏督办，就是被孙传芳带兵赶走的，旧事不免耿耿于怀。 孙传芳急趋前握手说：“老弟！对不起，过去我们是自家人开玩笑，不要介意，共同商量今后的大计吧！”经此一番话，前嫌顿释。孙传芳的五省联军残部改为第五方面军，归张作霖节制。之后张作霖到北京，当大元帅，组织军政府，孙传芳实为策动之主要角色。 1928年6月4日，张作霖在皇姑屯被炸身亡，不久后张学良就任东三省保安总司令，东北军陆续退入关外。曾经的苏、浙、皖、闽、赣五省联军总司令的孙传芳，也来到了沈阳，投奔张学良。 孙传芳初到东北，很受张学良的礼遇。张学良在帅府专门设立了一个“孙联帅办公室”，当然这个办公室孙传芳极少去的，他住在一所为他准备的二层西式住宅里。 初到沈阳时，孙传芳住在商埠地齐宅，后因房舍狭小，迁至大西关大什字街一座楼房，据说是殖边银行旧址，房子很多，比较宽敞。 不久后，孙传芳将他的夫人和两个儿子也接来同住。楼下为其副官、卫士等，有20人左右。孙传芳还带了几个旧部，这些人住在“南满”铁路车站附近的房子，都带着家眷。 孙传芳的生活比较简单，饮食也不太讲究。杨宇霆和孙传芳冰释前嫌后，关系很好，每当杨宇霆由前方回沈阳后，孙传芳夜间经常赴杨宅与之密谈。 在沈阳时，孙传芳他既有副官、卫士保卫，又有总办、处长追随，他在关内尚有一些军队，所以包括张学良在内的奉系诸人，都认为孙传芳在沈阳不过暂时客居而已。 孙传芳喜欢骑马，他曾由关内运来骏马十余匹，兴之所至，常于天朗气清之晨，驰骋于郊外公路上。孙传芳也极爱枪。他的寝室墙上挂有长枪，每次外出，车上亦放有短枪。他常说：“军人不能离开武器，有备无患。” 在沈阳期间，孙传芳的事情并不多，所以他大量的时间用来看书，可以说是手不释卷。孙传芳不但爱看旧式的线装书，也经常买新书。孙传芳为人精明、细致，且甚敏感，涉猎旧书颇多，文学亦有相当根底，对于历代兴亡，谈起来滔滔不绝。 孙传芳在沈阳时，和张学良关系也不错，两人很亲近，由军事、政治以至家庭琐事，无话不谈。有一次，杨宇霆指挥部队驻守榆关、昌黎一带时，孙传芳受张学良的委托亲至前方慰问东北军。 幕僚问孙传芳此行的目的，他说：“总司令（张学良）对杨宇霆不大相信，不知他在前方搞什么名堂，让我去看看。” 孙传芳和杨宇霆关系很好，据孙的随从医生任作楫回忆，有一次，孙传芳和几个随员去杨宇霆家中闲聊，刚坐下，杨宇霆说：“阿斗为何还不见来？”过了一会儿，张学良也来了。 从杨宇霆家中出来后，在归途中，任作楫问孙传芳：“阿斗是谁？”孙笑着说：“你还不知道吗？就是总司令。”任作楫大惊，说：“杨宇霆怎么敢这样称呼？”孙传芳无奈地说：“他一向是这样说法。” 孙传芳与杨宇霆本为仇敌。1925年杨宇霆任江苏督办时，孙传芳以演秋操为名，向奉军进行突然袭击，将杨宇霆赶走。两人之间本有芥蒂。但为了达成个人目的，两人又互相交好。孙传芳之所以与东北军合作，来沈阳投靠张学良，无非是认为只有东北军能继续与北伐军作战，自己方可卷土重来。 1929年1月10日，杨宇霆与黑龙江省主席常荫槐向张学良提出成立东北铁路督办公署的要求，张学良推说晚饭后再议，杨、常便相约晚上再来。两人走后，张学良召警务处长高纪毅进府，部署行动，晚上杨宇霆与常荫槐到帅府后，被高纪毅、谭海率领卫士枪杀于“老虎厅”。 杨宇霆被杀后，孙传芳虽然对外说张学良杀得好，但内心却非常不安。因为他和杨宇霆过从甚密，此前杨宇霆为母亲过寿的时候，孙传芳是大总管，而就在那次寿宴中，张学良前来祝寿却受到冷遇，这也是杨宇霆被杀的一个诱因。 1月11日，孙传芳匆匆乘火车去大连避祸，结束了和张学良的蜜月期。
