1946年4月，孙殿英奉命调往豫北平汉铁路上的汤阴县城驻防。1947年，全国各地的解放军，已开始由战略防御转为战略进攻，并在华北战场上取得了辉煌的战果。到1947年3月初，解放军开始调集重兵围攻汤阴，力在尽快拔除国民党中央军设在豫北的这个重要据点，为全面进攻河南打开通道。

　　当汤阴城外的几个据点被包围之后，为减少人员伤亡，争取以和平方式解决孙殿英部，负责指挥这次战役的解放军第三十六纵队司令员姚一鸣，派一当地农民给孙殿英送去了一封劝降书，劝其放下武器，接受投降条件。想不到孙殿英见信后，恼怒异常，当场把劝降书撕得粉碎，并对前来送信的农民说：“你回去转告姚一鸣，等我打完了仓库里的三千发炮弹再说，现在不谈。”

　　姚一鸣见劝降无效，知道这孙殿英乃是不见棺材不落泪的悍夫匪类，便下令各部对孙部发起猛烈攻击。经过十几天的激战，汤阴城外的国民党军队据点，全部被解放军三十六纵队占领，汤阴县城极度吃紧。孙殿英见势不妙，急忙发电向驻扎在新乡的国民党第十一战区司令长官王仲廉求援。王仲廉闻讯大惊，立即命令所部四十九旅旅长李守正率部北上增援汤阴孙部。当李守正点齐人马匆匆向汤阴赶来时，却在宣沟附近遭到了解放军三十六纵队一部的伏击，李守正部在挨了一闷棍后，不敢再行前进，出于保存各自实力的目的，全旅官兵索性按原道逃回新乡。汤阴城岌岌可危，孙殿英部眼看已成瓮中之鳖。

　　此时的孙殿英见自己孤军奋战，独木难支，军心动摇，他在大骂王仲廉见死不救的同时，又故技重演，找来庙道会的师兄弟谢鸣武、王尚文，命他们二人速在汤阴南大街城墙下的广场上布设祭坛，祈求祖师爷显灵解困。当然，孙殿英知道祖师爷显灵是假，借此稳定军心，坚定守城信念是真。于是，孙殿英亲自率领庙道会的徒子徒孙以及官兵一千多人，齐跪广场，焚香祈祷。正在道徒、官兵们诚惶诚恐地祈求神灵保佑之时，副官却随一个守城军官慌慌张张地跑到孙殿英的跟前报告：“共军又围上来了，这次炮火比往日更加凶猛，弟兄们快顶不住了，请司令速想应付策略。”

　　刘伯承指挥部队围攻汤阴

　　孙殿英闻听，有些惊慌和颓丧地说：“事到如今，我还有什么策略可想，你们先回去给我顶住，我马上率部队登城参战。”

　　前来的二人转身走去，孙殿英随后亲率一千余官兵登城参战。也就在这个时候，整个汤阴县城外围在解放军三十六纵队官兵的重重包围攻击下，东关、北关、西关相继失守，紧接着，县城以北的城墙被解放军的重炮又轰开了三丈多宽的大豁口，三十六纵队一部官兵冲了进来，城内顿时乱作一团，第六总队司令王遂庆以及手下将领杨明卿等，因负伤被抬进了作为临时医院的岳王庙，军队由于缺少将领指挥，更加混乱不堪，盲目乱窜，孙部显然是大势已去，无半点战斗力了。

　　孙殿英在慌乱中，却发觉南关的枪声并不紧，就感到有点疑惑，随身带了参谋长，顺着交通沟来到了南关第六总队的队部，觉得这里的气氛不对头。解放军并没有攻击这里，这里的部队也没有主动攻击四周的解放军。孙殿英看到这种情势，心里也就明白个七八，再也没说什么，一头躺在**，面向墙壁，一言不发。愣了一会儿，急令教导团主任杨鉴快派人去请解放军姚司令员。杨主任同李鸿庆二人带了他的信出城去找姚一鸣。若干年后，李鸿庆回忆道：他们找了个农民带路，到了小李各庄很快就把姚一鸣司令员请了来。这时王遂庆也由岳王庙来到第六总队队部。姚司令员进门，见到孙殿英依然面朝着墙蜷缩在**，姚把他叫了起来，上前握了握手，开口问了孙殿英一句：“不打啦？”孙殿英羞惭难言，没有开口。姚司令员则继续说：“算啦！你们对外发个通电，声明全军起义，再把你们的炮掉转过来，向着四十军阵地、北边宝莲寺打上一番炮，就算是你们起义吧！”孙殿英这时感激之余也只有从命，命令炮兵向宝莲寺车站四十军阵地稀稀落落地打了一阵子炮。等到秘书主任赵璞生拟好通电电文，四下里寻找发报员时，满街已然是乱成一团，人人惊恐万状，游走不定，发报员已是无从寻觅了。秘书李鸿庆同赵璞生一同到岳王庙伤员中去寻找，也没找到，致使起义的通电未能发出，汤阴城就整个解放了。孙殿英的部队等于全部被俘，是时正是1947年5月。

　　汤阴解放以后，孙殿英被解放军刘伯承部队带到了峰峰矿区，而后又转到了武安。在武安，刘伯承将军念当年两军相会于山西晋城的情谊，待他还算不错。后来大军南下，刘伯承走了，就再没人能对他那样优待了。孙殿英独处孤室，忧郁成病，后竟不起。一代枭雄，历经沧桑，在1947年底病死在武安战俘营，终年五十九岁。