1904年3月17日，出生于四川省成都府华阳县（今属双流区）。早年在私塾就学。1922年考入南京高师附属中学。1924年在北京大学读预科，经李大钊推荐，考入黄埔军校第一期。毕业后任国民革命军第一军第一师连长、营长，后任第一团团长。 1926年国民革命军北伐，时任第1师第1团团长，在奉新违命撤退，差点被枪毙 。后因薛岳、刘峙等说情得免。1928年入日本陆军士官学校第21期野战炮兵科。不久辍学回国，任教导第一师野炮营营长、陆军第二师七团团长、警卫军第一师一旅旅长等职。1932年，任陆军第八十七师第二五九旅旅长，参加一·二八淞沪战役，在庙行镇击退日军，此役被当时国际间评为“国军第一次击败日军的战役”；以此役获宝鼎勋章，擢升为第八十八师师长。1934年，参与国共内战初期之将乐战斗等战斗。 1937年8月，参加八·一三淞沪会战，率兵坚守闸北阵地七十六日，伤亡惨重，补充的后备团都是刚上战场的新兵。10月26日，大场阵地失陷，上海市区内已无法踞守。上午他向顾祝同上将指出全军88师留守上海造成牺牲并无意义，争取到仅留下一团死守的命令，孙元良命令国军524团团附谢晋元“死守上海最后阵地”。即为八百壮士死守四行仓库。 1937年12月，参加南京保卫战，时任第七十二军军长兼第八十八师师长，部队据守安德门、雨花台、中华门一带南郊阵地。而第88师因淞沪会战的巨量消耗，至南京时兵力仅约7,000名。然而面对兵力与火力的极大差距，孙元良第88师依旧发挥极为英勇顽强的战力，连日方在战后出版的部队史《乡土部队奋战史》也不得不给予高度评价。12月11日，考虑到孙所部八十八师伤亡很大，唐生智下令孙收缩阵地。由于唐对作战无全盘计划，使八十八师与五十一师的阵地之间放开一个无人防守的大口子。12日，日军占领雨花台，直攻中华门。由于分配给第88师的城墙阵地无人防守，日军攻上城墙。12日下午，唐生智下令各部突围。88师主阵地被敌军占领，88、87两师的溃退部队走拟出挹江门。南京保卫战中，孙元良辖下的第88师阵亡旅长2人、团长3人、营长11人，连排长伤亡十分之八，而日军仅第6师团从12月6日至13日就至少战死233人、战伤1,041人，其中绝大部分是死伤于雨花台战斗（而防御雨花台的便是孙元良的第88师），第88师战前约6,000余人，战后仅500人归队。 1939年1月，以民生航运公司职员身份，孙元良取道香港游历考察英、法、德、意等欧洲诸国。回国后重返军界，任第二十八集团军副总司令兼二十九军军长。1944年5月26日担任第三十一集团军副总司令，兼第二十九军军长。12月，日军两个联队攻陷贵州独山（今独山县），威胁贵阳及陪都重庆。孙元良率二十九军驰援。在欠缺车辆运输、需穿越溃军和难民的情况下，他指挥先头部队九百多人抵御日军的两个联队，后随着主力部队逐次抵达战场，孙率部于12月8日至13日收复南丹、独山等要地。独山一役的获胜，阻止日军进入战略要地贵阳，保卫了陪都重庆，因而荣获青天白日勋章。 1945年10月奉京沪卫戍司令汤恩伯之命令，任常镇地区守备指挥官，负责无锡、苏州、江阴等八县防务。1946年6月任重庆警备司令任职18个月。1948年初被起用担任整编四十七军军长，1948年8月调任十六兵团司令官。1948年11月，率兵团参加徐蚌会战。12月遭到中国人民解放军华东野战军包围后，率领16兵团在兵团及军直属山野炮掩护下突围。突围后到达萧县，拂晓时遭到小部解放军部队的夜袭，兵团部队大部分崩溃，孙元良率兵团司令部400多名官兵逃脱。 1949年2月，任第十六兵团司令官兼任第41军军长，率领官佐从南京到万县，在孙震的川鄂边区绥靖公署下重建部队。1949年11月，解放军发动川东南战役。重庆沦陷后，率部撤向川北。1949年12月孙震飞台后，孙元良兼任川鄂绥署主任。率部在广汉布防，隶属于胡宗南。1949年12月21日，川鄂绥署副主任董宋珩与十六兵团副司令官曾苏元率3个军10个师6万人在什邡宣布起义，孙元良率领国防部警卫团扩编的董兆均第60师制止投共未果，率第60师逃往广汉，在新都唐家寺把部队交给60师师长董兆钧，孙元良同第41军军长张宣武潜入成都，让子女先行逃亡，最后中华民国政府战败撤退才逃往香港，后来台，退役。 2007年5月25日，孙元良因器官衰竭，在台湾去世，是最后一位过世的黄埔一期学生。

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