1946年，孙元良调任重庆警备司令，他沉迷于跳舞，常和高级妓女出入舞厅，影响恶劣，告他的状子满天飞。陈诚对此很是不满，主张将孙元良撤职。

孙元良得知要被免职的消息后，惊慌失措，不曾想，郑州绥靖公署的人事调整，反而让他升官了。

郑州绥靖公署主任刘峙，因屡战屡败被蒋介石撤职，绥署改组为“陆军司令部”下设的郑州指挥所。在“参谋总长”陈诚，“陆军总司令顾祝同的推荐下，由原郑州绥署副主任兼第五绥靖区司令官孙震担任指挥所主任。

孙震是川军元老，基本部队是41军、47军，国民党军整编后，这两个军变为整编师，合编为整编47军。孙震就任主任后，不便再兼任军长，但又不愿将部队控制权易手，便推荐让孙元良接任。

孙元良是四川人，孙震的侄子，但又是黄埔一期生，因此老蒋很痛快的答应了。整编军长，相当于之前的集团军总司令，孙元良被老蒋限制使用数年后，总算是熬出了头。

1948年8月，老蒋下令取消整编番号，各部队恢复原有建制，并设立了多个兵团。整编47军改编为十六兵团，划归徐州“剿总”序列。

本来，99军也拨给了十六兵团，可“剿总”总司令刘峙以蚌埠空虚为由，将该军调去驻防。99军是半美械军，属于“土木系”的部队，无论是装备水平、兵员素质，都比41军、47军强不少。孙元良见到手的主力军又飞了，气得大骂刘峙。

淮海战役前夕，刘峙让十六兵团移至商丘驻防，原驻在商丘的第四绥靖区刘汝明部，向蚌埠转移。孙元良牢骚满腹，对亲信说：“我这个黄埔一期的，在刘总司令眼中，还不如刘汝明这个杂牌。孤军悬在商丘，不是等着被消灭吗，不行必须转移。”

在孙元良一日数电之下，刘峙不得不同意十六兵团撤离。12月9日，率部到蒙城不久的孙元良，接到刘峙的急电，称第三绥靖区在运河前线的二万多部队，在副司令张克侠、何基沣的带领下已阵前起义。

孙元良大惊失色，召集亲信开会说：“这个冯治安，身为第三绥靖区的司令，连手底下的人都管不住。这下好了，徐州门洞大开，作战的先机尽失，兵团马上向徐州撤退。”

有将领说：“撤退的话，是否要先请示剿总？”

孙元良说：“你们回去后马上部署转移，剿总我随后去电告知就行了。以刘总司令的反应，等来撤退命令的时候，十六兵团怕都不存在了。”

两天后，孙元良出现在了徐州，其“转进”速度之快，让刘峙大为惊诧。

孙元良本来担心刘峙斥责他“擅自撤退”，不想，乱了阵脚的刘峙，反而显得很高兴，对孙元良说：“运河前线出事后，徐州北面一下子敞开了，我正担忧要唱空城计，你带着部队来了，这可解了燃眉之急。”

孙元良趁机吹嘘说：“正因为担心徐州的安危，我这才率部日夜兼程，总算是顺利赶到了。”

此后，十六兵团被刘峙留在徐州担任守卫任务。在黄百韬的第七兵团被围碾庄后，派去救援的部队，是邱清泉的第二兵团、李弥的十三兵团。这种结果，也正是一门心思保存实力的孙元良所乐见的。

黄百韬兵团覆灭后，在前线督战的杜聿明，不得不下令第二兵团、十三兵团回撤徐州。刘峙见大势已去，担心留在徐州会被抓了俘虏，便走了顾祝同的关系，在蚌埠设立前进指挥所，以李延年为主任，刘汝明为副主任。紧接着，刘峙以协调李延年、刘汝明关系为由，飞去蚌埠“坐镇”。

在刘峙走后，接手烂摊子的杜聿明，于11月30日，带着“剿总”直属部队及邱清泉、李弥、孙元良三个兵团撤逃徐州。

12月3日，当杜聿明集团进至永城东北的孟集、李石林一线时，老蒋空投手令，严令杜聿明停止撤退，转头攻击前进，以解黄维兵团之围。

孙元良接到杜聿明停止西进的命令后，问副参谋长熊顺义：“你看怎么办？”

熊顺义说：“掉头去救黄维，只能是一块完蛋。”

孙元良说：“等一会去见杜主任，看他有没有抗命的胆子。”

傍晚，杜聿明召集主要将领开会，给众人传看了老蒋的亲笔信，众人面面相觑。

过了一会，邱清泉说：“部队本来执行的是撤退命令，突然更改对士气影响是很大的。可若不执行，老头子这一关肯定过不了。”

李弥说：“要是抗命，谁都担不起这个责任。”

孙元良见邱清泉、李弥是这个态度，也低头不语。见三个兵团司令都不愿担责，杜聿明也放弃了抗命的想法。

12月6日中午，见部队被合围，杜聿明再次召集三个兵团司令开会，下达突围命令，时间为傍晚七点。邱清泉回去后，认为若突围，重武器就得全部损失，加之担心被老蒋惩处，便给杜聿明打电话反对突围。

见邱清泉变卦，杜聿明又询问李弥的意见，李弥一听实力最强的第二兵团不愿突围，也当场变卦了。无奈的杜聿明，只得下令取消突围。

孙元良这边，已预料到是这个结果，回去召集手下部署突围事宜后，让关闭电台、剪断电话线，和杜聿明的指挥所断绝联系。

按照孙元良“分股行动”的指令，当晚的突围很快就变成了大溃败。除孙元良、张崇文、严翊侥幸逃逃走外，其余主要将领胡临聪、汪匣锋、陈远湘等均被俘。

孙元良在一夜之间损失一个兵团，创了蒋军兵团覆灭速度之最。