此时，只有河南起义军对明廷仍具威胁。罗汝才、马进忠、贺一龙、左金王等十三部（即“革左五营”）联营广达数十里，待机进逼潼关。面对这一形势，孙传庭认为起义军主力都在河南，于是率部而东，在阌乡（今河南灵宝县西北）、灵宝的山地间大败十三家兵马，起义军窘境日甚，不得已向熊文灿请求受降。但自以“主剿”著称的孙传庭未采纳熊文灿的劝阻，执意要进攻起义军，最终接到杨嗣昌的手书才停止进攻。起义军虽受诏归降，但并未解除武装，而是移兵易阵，伺机进袭商洛一带。孙传庭令部将王文清等率部数战起义军，起义军余部波迫转移内乡、淅川。
贬为平民
崇祯十一年（1638年）八月，多尔衮、岳托率清兵分路从墙子岭（今密云东北）、青山口（今迁西东北）入长城，明京师戒严；督各路入京勤王之兵的总督卢象升在巨鹿阵亡。明廷遂召孙传庭、洪承畴主持京师防守，升孙传庭为兵部右待郎兼右佥都御史，指挥各路援军。孙传庭抵达京郊后，由于他和主和派的杨嗣昌及中官高起潜矛盾颇深，崇祯帝降旨不准他入京朝见，而洪承畴则在京郊受到慰劳，并奉旨进殿拜见崇祯帝。孙传庭对此不平待遇自然大为不满。杨嗣昌任洪承畴为蓟辽总督，并主张将陕西军全部留下，用于守卫蓟辽。孙传庭对此极力反对，认为“秦军不可留也。留则贼势张，无益于边，是代贼撤兵也。”杨嗣昌对孙传庭的意见置之不理，孙传庭对此不胜忧郁重重，以致耳聋。第二年，明廷调孙传庭总督保定、山东、河南军务，孙传庭立即上疏请见皇帝，但因杨嗣昌的百般阻挠而未成。孙传庭心中愠怒，引病告休。但杨嗣昌仍不放过，言孙传庭称病乃推托之举。崇祯帝大怒，将孙传庭贬为平民后，又将其禁囚，以待判决。
重得启用
在孙传庭下狱的三年期间，熊文灿、杨嗣昌在镇压起义军的战争中连遭败绩，闯王李自成在河南打开了局面，拥兵数十万，第二次包围了开封。在这种形势下，明廷于崇祯十五年（1642年）再度起用孙传庭为兵部右侍郎。崇祯帝亲临文御殿询问孙传庭有关镇压起义军的方略，并设宴款待，为他压惊，嗣后即速命孙传庭率禁卫军驰援开封。
陕西总督
李自成
李自成
由于开封防守坚固，加上明援军的到来，李自成在久攻不下的情况下，果断地撤出了开封之围，并在以后的襄城之战中杀死了陕西总督汪乔年，孙传庭遂奉命赴陕西代行其职。孙传庭到任后，立即奉旨扣押了原抚剿总兵贺人龙，将其正法。为对付日益壮大的起义军，孙传庭日夜加紧整肃军务。崇祯十五年（1642年）五月，李自成第三次包围了开封，崇祯帝连催孙传庭火速出关入豫。孙传庭则上疏回复：“兵新募，不堪用”。但心急如焚的崇祯帝不加理会，只是逼迫孙传庭尽快救援开封。孙传庭只得起兵驰援，于九月底进抵潼关。时恰逢大雨连下数十日，河水骤涨，李自成遂决黄河马家口段，水灌开封。就在孙传庭的援军刚出潼关之时，李自成早已挥军南下，撤离了成为水乡泽国的开封，于是孙传庭便挥军直趋南阳。李自成与罗汝才合兵西进，与孙传庭的陕西军交战，并在郏县大败之。孙传庭率残部逃至巩县，由孟塬进入陕西。
死守潼关
李自成行宫
李自成行宫
孙传庭败回陕西后，决心死守潼关，以扼京城之上游要地。当时明军因在郏县之战中损失惨重，补充了许多新兵。根据这种情况，孙传庭制定了不宜速战，开垦屯田，修缮兵器，储存粮食的战略方针。为对付李自成强大的骑兵，增强明军的火力和防护能力，孙传庭特地赶制了三万辆载有火炮的“火车”，这种“火车”行进时可抵御骑兵的冲击，驻扎时则可环阵拱卫。崇祯十六年（1643年）五月，明廷授孙传庭为兵部尚书，并加督河南、四川、山西、湖广、贵州及江南、江北七省军务，令其迅速兵出潼关。此时，李自成已相继歼灭了明军数支主力，久经战阵，兵强马壮。孙传庭深知与如此强大的对手交战必是凶多吉少，不由得顿足叹息：“奈何乎！吾固知往而不返也，然大丈夫岂能再度对狱吏乎！”表示了宁死疆场的决心。八月十日，孙传庭师出潼关，最初在汝州、灵宝、唐县（今河南泌阳）、郏县连胜起义军，但襄城一战遭到惨败，他逃回陕西。
起义军缴获了孙传庭的帅旗，士气大振，一鼓作气，乘胜攻破潼关。孙传庭与监军副使乔迁高策马大呼，战死阵中。但是孙传庭的尸体一直未找到，以至后来崇祯帝对其下落产生了怀疑，始终未追封加谥于他。孙传庭之死，对李自成的起义军来说，关中唾手可得。同时，明廷再也没有可以同李自成相抗衡的悍将劲旅了。
传庭死而明亡矣