抗日战争全面爆发后，国民政府以韩复榘的第三路军为主力成立了第三集团军，任命韩复榘为总司令。1938年初，韩复榘被国民政府军事委员会下令处决，1月13日，任命于学忠兼任第三集团军总司令，原韩复榘部下孙桐萱晋升为副总司令，但因于学忠的51军在蚌埠有战斗任务需要指挥而第三集团军的作战区在曹县，于学忠两地指挥战斗分身乏术，经请示上级将孙桐萱升为第三集团军总司令，辖孙桐萱为军长的第12军、谷良民为军长的第56军和曹福林为军长的第55军。自此，孙桐萱肩负起领导第三集团军抗战的使命。
九个连战士全体壮烈殉国
徐州会战前夕，第三集团军归第五战区李宗仁领导，孙桐萱率第20师、第22师、第81师防守金乡、曹县以北黄河沿线;曹福林率第29师、第74师赴滕县以北作战，曹师第87旅(旅长荣光兴)旅部调台儿庄附近，命吴化文率第4师袭击济南。
1938年1月，沿着津浦铁路南下的日军矶谷师团受到孙桐萱部队的顽强阻击，进攻势头锐减。2月10日，第三集团军奉命收复济宁并牵制日军南进，孙桐萱先命一部分部队向汶上攻击并向济宁侧击，再联络谷良民率部由定陶县大长沟渡过运河，迂回向济宁北门进攻;曹福林率部由金乡渡过运河，向济宁南关进攻，协同收复全城。
此举意在对日军在台儿庄作战部队右翼产生威胁，继而切断津浦铁路。同时，孙桐萱任军长的12军第81师由方河镇渡过运河，向汶上攻击，并向济宁侧翼展开攻势。当时，据守济宁的是日军第10师团第8旅团第39联队1400人，大部分集中在济宁南关，只有500人驻城里。
2月12日22时，谷良民部的两个团向济宁北门发起进攻，另一团则布防在二十里铺打援。登梯攀城的官兵不惧敌人的猛烈射击，虽遭受惨重伤亡也猛攻不止，至14日，在山炮的掩护下终于从济宁西北城墙取得突破，九个连冲入城内，和日军展开巷战，一度占领全城。
15日，日军协同火炮、战车前来增援，同时分兵一部，直驱大长沟切断第三集团军各部后路。第三集团军入城部队在弹药供给不济的情况下与敌肉搏至夜，九个连的战士全体壮烈殉国。
在济宁西南城策应的第三集团军曹福林部也曾一度攻入火车站，但也无力扭转战局;12军81师于13日夜一度攻入汶上北关，与敌肉搏4昼夜，伤亡2000余人，无力分兵侧击济宁，谷良民部终因腹背受敌伤亡惨重不得不撤出战斗至南旺镇至水流店一线设防，12军第81师奉命撤回方河镇延运河设防。
夜袭敌人机场
孙桐萱、曹福林等率军在微山湖西嘉祥一带对日军持续中展开消耗作战，有力打击了敌人入侵鲁西的企图，国民政府军事委员会曾致电加冕。至1938年3月23日台儿庄战役打响，第三集团军在济宁、夏镇、滕县一线侧击日军。
当时，对第三集团军威胁最大的是日军飞机的狂轰滥炸。第五战区司令长官李宗仁命令孙桐萱设法打击敌人军用机场。孙桐萱当即命令第12军20师挑选劲旅组成敢死队，于3月27日夜摸到大汶口机场附近，趁敌人不备，攻入机场，烧毁了油库弹药库摧毁了敌机多架，使敌人一时之间失去了空中优势，其空军无法南下增援台儿庄。对台儿庄大捷起了重大作用。
安境、保民
1938年夏，第三集团军调归第九战区指挥管辖，在江西参加武汉会战。孙桐萱虽然是集团军司令，但实际上仅辖第12军。武汉会战后，第三集团军在江西休整至10月下旬便奉命北上前往郑州，担任花园口至周家口以北黄河防务。孙桐萱将集团军总部设在郑州市的陇海花园，期间，他带领第三集团军的将士为滞留在郑州附近的大批难民兴办被服厂，招收工人，以图解决难民的生活问题。当孙桐萱发现全国性的高校西迁潮导致滞留在其辖区内的流亡青年和第三集团军随军子弟的教育成了问题时，立即创办了荫亭中学，使军人子弟和普通民众可以继续学习文化课和军事知识，所有的费用均由军中支付。在农忙时节，孙桐萱带领部队到农村帮助播种、收获，并设置了军警维持治安。由此，第三集团军在辖区内和民众形成了良好的关系。
为了加强河防，第三集团军还定期轮流派出一个团的兵力到河东的蔚氏、杞县、太康等地积极开展游击战，既打击了敌人，又让部队在实战中得到了锻炼。在1939年孙桐萱兼任豫皖边区游击总指挥时，81师师长贺粹之率部在太康、睢县、民权一带打游击战，每战胜利，屡受嘉奖，获得年总评全国正规军的游击战第一名。
两次奇袭开封
在郑州把守河防期间，孙桐萱率第三集团军曾两次奇袭开封，每次都攻入城内，打击了日本侵略者。
据孙桐萱秘书宋一萍回忆：第一次奇袭发生在1939年的秋天，第三集团军临时组成突击队趁夜攻入开封城内，占据鼓柚。在歼灭敌人有生力量后，第三集团军的将士趁敌人混乱之际，悄然撤退回到黄河西岸。
第二次奇袭开封发生在1940年4月，孙桐萱命第三集团军组成以周遵时为作战指挥部指挥官，率约1.2万人渡河直捣开封，给敌人以很大打击。
消息传出后，引发全国轰动，外国通讯社称此举为对日军已占重要城市的一次有效攻击。
郑州血战
1941年9月，日军进行第二次长沙会战，为牵制中国军队的豫中力量，日军调集36师团、35师团及由平汉路北段抽调110师团配备骑兵、化学兵、飞机百余架、坦克70辆及大批重炮在中牟、京水等处集中。10月2日凌晨3时，日军机械化部队约5万人在炮火的掩护下欲强渡黄河，孙桐萱命第三集团军河防部队死守。两军激战，20分钟内一个连的守卫部队全连阵亡。孙桐萱命集中火力攻击渡河日军，双方战斗胶着陷入白热化。当得知在日军化学武器的攻击下部队后退时，孙桐萱将总部预备部队和直属部队调上火线。
天亮后，日军大批飞机对郑州市区连番轰炸，不停扫射第三集团军阵地。3日拂晓，日军在猛烈炮火和飞机的掩护下全力进攻，迫使第三集团军不断转移阵地，第81师在贾鲁河新堤一带的战斗尤为激烈。所部一营长肠子被弹片带出，仍然带伤与连长夺回敌机枪一挺，毙敌二三人，最后在战场上殉国。孙桐萱亲临前线督战，决定暂时放弃郑州城，引敌人进入嵩山山麓，以游击战和运动战的方式以逸待劳诱敌深入。此后20多天，第三集团军在坚守阵地杀伤日军有生力量同时，不断派部队袭击郑州日军部队。31日黄昏，当面敌火力渐弱，似有退却模样。10月31日至11月1日夜间，第三集团军全线发动反击，日军溃退，第20师60团当夜收复郑州。
和中共保持往来
1943年1月，原西北军中长期从事地下党工作的老共产党员刘贯一又在第三集团军中发展共产党员，孙桐萱默许中共地下党在部队中存在;另外他曾支援同在豫皖边区的新四军5000块钱，为此被蒋介石扣押，第三集团军番号被撤销，其基本部队第12军被汤恩伯收编。后来，蒋介石由于并没有抓住孙“投敌”的真凭实据，最后提出给孙“调动工作”。不久，国民党军事委员会派人给孙送来一纸中将军事参议的委任状。1945年日本投降后，孙桐萱拒绝了国民党的“挽留”，办理退役手续，回到北平居住。中华人民共和国成立后，孙桐萱成为全国政协委员。
(作者李惠兰为天津师大教授)
