1928年7月，孙殿英率部进驻蓟县的马伸桥一带，这里距离清东陵很近了。就在此时，孙殿英得知奉军第二十八军的一个连就驻扎在马兰峪。这支部队的团长是马福田，原本就是清东陵附近的人，他早年当过土匪，早就对清东陵垂涎三尺。
马福田这次驻军在马兰峪，他跟当地土匪头子王绍义勾结起来，准备趁机盗掘清东陵。孙殿英认为自己的机会来了，他立即派第八师师长谭温江率部前往剿匪。同时，为了掩人耳目，孙殿英命人四处张贴告示，声称将在清东陵一带进行军事演习，不相干人员不得进入演习区。
一切准备后，孙殿英开始实施盗墓计划。7月上旬的一天，孙殿英所部以军事演习中需要放地雷为幌子，将清东陵守陵人员全部赶走，实行戒严，可谓五步一岗，他们首先盗掘的目标是慈禧太后陵墓。
从相关人员留下的一些说法中，后人才知道孙殿英根本不知道地宫入口，最后找到一位参加修建陵墓的老人，在老人指点下找到地宫入口。由于入口处非常坚固，最终使用炸药才炸开入口。
进入墓室后，孙殿英派出心腹采取最野蛮的方式用斧头劈开棺材，将棺内珍宝洗劫一空，连慈禧太后嘴里的夜明珠、身上衣服也没有放过，最后还将尸体随意丢弃在墓室一个角落地上。慈禧太后陵墓盗掘结束后，孙殿英又把目光投向了乾隆皇帝陵墓，结果故技重施，又将地宫内珍宝洗劫一空。
至于孙殿英究竟盗走了多少珍宝，目前说法不一。早在盗掘行动实施前，孙殿英就以“体谅地方疾苦，不忍就地筹粮”为理由，向遵化县征调了30辆大车。显然，如此之多的大车都是用于装运珍宝的。
孙殿英将珍宝盗掘出来后，急于出手，他派人四处寻找古董商人销赃。然而，天下没有不透风的墙。1928年8月初，青岛警察厅侦探队在大港码头抓获了孙殿英部逃兵张岐厚等3人。
警察从张岐厚身上搜到宝珠36颗。经过一番审讯，张岐厚坦白了这些宝珠的来历，都是从慈禧太后地宫里捡到的，他已经在天津卖了10多颗。一个普通小士兵就有这么多宝珠，那上面的连、营、团、旅、师、军长所得到的珍宝就可想而知了。
无独有偶，此事过去不到半个月时间，津警备司令部又查获了企图运往海外的珍宝35箱，打开一看里面包括金漆团扇及瓦麒麟、瓦佛仙、瓦猎人、瓦魁星、描龙彩油漆器等，件件都是精品。自此，孙殿英盗掘清东陵的行为暴露了，国人哗然。身处天津静园的逊帝溥仪以及满清遗老群情激愤，溥仪直接写信给蒋介石，要求严惩孙殿英。
然而，孙殿英却坦然自若，他已经想好了办法应对，用盗出的珍宝打点处理此案的相关人员。孙殿英先是以自己是盗墓“第三者”身份，向第六军团总指挥徐源泉提交材料，表示盗墓案是一些部下偷偷进行的，自己并不知情。
孙殿英还顺便给徐源泉送去几件珍宝。徐源泉给孙殿英回了一封信，里面写道：“你这次做的事太大了，引起了各方的愤怒，我一时也想不到很好的解决办法。不过，一些跟此案相关的关键人物你还是要设法疏通。”
孙殿英心领神会，他从自己悄悄留下的珍宝中挑选一批最珍贵的，先后托人送给戴笠、何应钦等人。据说，孙殿英把慈禧太后嘴里的那颗夜明珠送给了宋美龄。果不其然，一番打点之后，孙殿英没有受到任何惩罚。
1928年12月，国民党军事法庭开庭调查，可迟迟没有结果。孙殿英则一直逍遥法外，后被任命为国民政府任命为新编独立第二旅旅长。一场震惊中外的东陵大盗案，最后竟然不了了之，这实在是令人唏嘘不已，也是那个时代的莫大讽刺。
抗战爆发后，孙殿英率部与日寇作战，最后叛变投敌，成为卖国贼。1945年8月日本战败投降后，孙殿英率部又摇身一变，成为国民党先遣军。1947年春，在解放军强大攻势下，孙殿英部溃败，他本人则被解放军俘虏，后送到河北武安县战俘营关押。
孙殿英身体情况非常糟糕，他自知命不久矣，经常在狱中大骂蒋介石。据当年《黄海日报》报道，“汉奸头子孙殿英之投降日寇，系由蒋介石的秘密命令：刘伯承将军日前召见孙殿英等时，孙等公开暴露了这个秘密。当刘将军对孙及其高级僚属说：抗战初期，不能说你们没有贡献，但是以后的一段，确实做得太不好了！”
解放军对俘虏一向宽大，为此还让军医给孙殿英治疗身体，可惜他吸了几十年鸦片，加上一次企图越狱失败后郁郁寡欢，最终于当年冬天不治身亡。孙殿英留下一段遗言，他说：“过去做了许多坏事，对不起民众，对不起共产党。共产党宽宏大量，不计怨仇，比蒋介石不知好多少倍啊！”
孙殿英病死时，他的儿子孙天义已经16岁了。孙天义，1931年6月在北京出生。对于这个儿子，孙殿英格外疼爱。由于孙殿英常年领军在外，孙天义对于父亲的印象都来自母亲的描述中。孙天义的母亲刘清贞是孙殿英的第二位妻子，她颇有主见。
