1904年3月17日，出生於四川省成都府華陽縣（今屬雙流區）。早年在私塾就學。1922年考入南京高師附屬中學。1924年在北京大學讀預科，經李大釗推薦，考入黃埔軍校第一期。畢業後任國民革命軍第一軍第一師連長、營長，後任第一團團長。 1926年國民革命軍北伐，時任第1師第1團團長，在奉新違命撤退，差點被槍斃 。後因薛岳、劉峙等說情得免。1928年入日本陸軍士官學校第21期野戰炮兵科。不久輟學回國，任教導第一師野炮營營長、陸軍第二師七團團長、警衛軍第一師一旅旅長等職。1932年，任陸軍第八十七師第二五九旅旅長，參加一·二八淞滬戰役，在廟行鎮擊退日軍，此役被當時國際間評為“國軍第一次擊敗日軍的戰役”；以此役獲寶鼎勳章，擢升為第八十八師師長。1934年，參與國共內戰初期之將樂戰鬥等戰鬥。 1937年8月，參加八·一三淞滬會戰，率兵堅守閘北陣地七十六日，傷亡慘重，補充的後備團都是剛上戰場的新兵。10月26日，大場陣地失陷，上海市區內已無法踞守。上午他向顧祝同上將指出全軍88師留守上海造成犧牲並無意義，爭取到僅留下一團死守的命令，孫元良命令國軍524團團附謝晉元“死守上海最後陣地”。即為八百壯士死守四行倉庫。 1937年12月，參加南京保衛戰，時任第七十二軍軍長兼第八十八師師長，部隊據守安德門、雨花台、中華門一帶南郊陣地。而第88師因淞滬會戰的巨量消耗，至南京時兵力僅約7,000名。然而面對兵力與火力的極大差距，孫元良第88師依舊發揮極為英勇頑強的戰力，連日方在戰後出版的部隊史《鄉土部隊奮戰史》也不得不給予高度評價。12月11日，考慮到孫所部八十八師傷亡很大，唐生智下令孫收縮陣地。由於唐對作戰無全盤計劃，使八十八師與五十一師的陣地之間放開一個無人防守的大口子。12日，日軍占領雨花台，直攻中華門。由於分配給第88師的城牆陣地無人防守，日軍攻上城牆。12日下午，唐生智下令各部突圍。88師主陣地被敵軍占領，88、87兩師的潰退部隊走擬出挹江門。南京保衛戰中，孫元良轄下的第88師陣亡旅長2人、團長3人、營長11人，連排長傷亡十分之八，而日軍僅第6師團從12月6日至13日就至少戰死233人、戰傷1,041人，其中絕大部分是死傷於雨花台戰鬥（而防禦雨花台的便是孫元良的第88師），第88師戰前約6,000餘人，戰後僅500人歸隊。 1939年1月，以民生航運公司職員身份，孫元良取道香港遊歷考察英、法、德、意等歐洲諸國。回國後重返軍界，任第二十八集團軍副總司令兼二十九軍軍長。1944年5月26日擔任第三十一集團軍副總司令，兼第二十九軍軍長。12月，日軍兩個聯隊攻陷貴州獨山（今獨山縣），威脅貴陽及陪都重慶。孫元良率二十九軍馳援。在欠缺車輛運輸、需穿越潰軍和難民的情況下，他指揮先頭部隊九百多人抵禦日軍的兩個聯隊，後隨着主力部隊逐次抵達戰場，孫率部於12月8日至13日收復南丹、獨山等要地。獨山一役的獲勝，阻止日軍進入戰略要地貴陽，保衛了陪都重慶，因而榮獲青天白日勳章。 1945年10月奉京滬衛戍司令湯恩伯之命令，任常鎮地區守備指揮官，負責無錫、蘇州、江陰等八縣防務。1946年6月任重慶警備司令任職18個月。1948年初被起用擔任整編四十七軍軍長，1948年8月調任十六兵團司令官。1948年11月，率兵團參加徐蚌會戰。12月遭到中國人民解放軍華東野戰軍包圍後，率領16兵團在兵團及軍直屬山野炮掩護下突圍。突圍後到達蕭縣，拂曉時遭到小部解放軍部隊的夜襲，兵團部隊大部分崩潰，孫元良率兵團司令部400多名官兵逃脫。 1949年2月，任第十六兵團司令官兼任第41軍軍長，率領官佐從南京到萬縣，在孫震的川鄂邊區綏靖公署下重建部隊。1949年11月，解放軍發動川東南戰役。重慶淪陷後，率部撤向川北。1949年12月孫震飛台後，孫元良兼任川鄂綏署主任。率部在廣漢布防，隸屬於胡宗南。1949年12月21日，川鄂綏署副主任董宋珩與十六兵團副司令官曾蘇元率3個軍10個師6萬人在什邡宣布起義，孫元良率領國防部警衛團擴編的董兆均第60師制止投共未果，率第60師逃往廣漢，在新都唐家寺把部隊交給60師師長董兆鈞，孫元良同第41軍軍長張宣武潛入成都，讓子女先行逃亡，最後中華民國政府戰敗撤退才逃往香港，後來台，退役。 2007年5月25日，孫元良因器官衰竭，在台灣去世，是最後一位過世的黃埔一期學生。

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