前身
1922年，孫殿英投入河南陸軍第1混成團丁香玲部擔任下級軍官。不久，第二次直奉戰爭爆發，孫殿英利用其“廟會道”頭目身份，聚集土匪、會眾，禍亂豫西。1925年，鎮嵩軍憨玉昆與國民二軍開戰，因兵源不足，收編孫殿英部為所部第35師第5混成旅。不久國民二軍入豫助戰，憨玉昆兵敗，孫殿英部被編入國民三軍第2師葉荃部為第2旅，孫仍任旅長。三軍擴軍，孫很快升任第2師師長。國民三軍開赴陝西時，孫殿英率部脫離三軍，竄入伏牛山區。是年秋，經與張宗昌聯繫，孫殿英部進入山東，被收編為直魯聯軍第5師。1926年春，直魯聯軍反攻國民軍，孫殿英部襲擊了國民三軍所屬徐永昌部，作戰有功，被改編為直魯聯軍第25師，序列如下：
直魯聯軍第25師，師長孫殿英
第1旅，旅長丁綍庭
第2旅，旅長柴榮升
第3旅，旅長譚溫江
不久，孫殿英部攻占南口，25師被擴編為直魯聯軍第14軍，序列如下：
直魯聯軍第14軍，軍長孫殿英，參謀長馮養田
第1師，師長丁綍庭
第2師，師長劉月亭
第3師，師長柴榮升
獨立第1旅，旅長楊明卿
獨立第2旅，旅長楊克猷
獨立第3旅，旅長魏曜功
炮兵團，團長顓孫子瑜
騎兵團，團長張駿
1927年，孫殿英部在孫傳芳指揮下與北伐軍作戰，敗退至平津一帶，被迫向國民政府投誠，被改編為國民革命軍第12軍，下轄四師、一旅、一炮兵團，隸屬徐源泉第6軍團。
1928年6月，12軍駐防河北薊縣，鄰近清東陵。清東陵中珍寶甚多，引發孫部東陵盜寶之舉。當月下旬，12軍部隊炸開東陵，盜出大量珍寶。事發後，滿清末帝溥儀將孫殿英告上國民政府。孫殿英對宋美齡等高層要人賄以重賂，此事不了了之。11月，各軍縮編，12軍縮編為獨立第2旅。
1929年3月，獨2旅開赴山東，孫自封魯東民軍總司令，隨張宗昌參加膠東混戰，擁兵自重，自成一系，成為各方爭奪利用的對象。同年冬，孫殿英率部向蔣介石投誠，部隊擴編為新編第18師，孫任師長，軍次洛陽。
1930年中原大戰前夕，孫殿英見反蔣軍聲勢較大，率部投向閻錫山，所部被擴編為第4方面軍第5路軍，所轄各旅亦擴編為軍，開赴豫東、皖北一帶布防，總部駐於亳州。此時序列如下：
第5路軍，總指揮孫殿英
第14軍，軍長金浣東
第17軍，軍長劉月亭
第24軍，軍長岳相如
1930年4月，蔣介石以孫部威脅津浦路與隴海路，派重兵圍攻亳州。自5月至7月，孫殿英率部死守亳州，雙方激戰七十餘日，蔣軍屢攻不下。7月中旬，孫連仲率部率部馳援，亳州解圍。此次堅守亳州之戰，孫部亦付出較大代價，解圍後，孫部即退至朱仙鎮，又與蔣軍遭遇，部隊被擊潰，孫率殘部渡過黃河退往山西。
成軍
1931年1月，張學良整編駐晉各軍，孫殿英部被改編為暫編第2師。9月，部隊依中央統一番號改稱第40師。11月，以40師為主擴編為第41軍，下轄三旅，第119旅成立後即撤銷，部隊分別編入117、118旅，119旅旅長邢預籌調為補充團團長。部隊序列如下：
第41軍軍長孫殿英
第41軍，軍長孫殿英
第40師，師長孫殿英
第117旅，旅長丁綍庭
第233團，團長李樹森
第234團，團長楊乾卿
第235團，團長趙文林
第118旅，旅長劉月亭
第236團，團長楊汝賢
第237團，團長楊克猷
第238團，團長夏維禮
1933年2月，日軍進攻熱河，41軍奉命援熱，部隊開往赤峰。因55軍湯玉麟部不戰而逃，41軍部署未定即與敵遭遇。因事出倉促，41軍無堅固工事可依，在日軍猛烈炮火下傷亡慘重，官兵臥雪而戰，多次打退日軍地空聯合進攻，與敵相持七晝夜後，轉移至猴頭溝一帶依山而戰。孫殿英親率117旅與日軍展開血戰，部隊被分割包圍，孫僅率數名衛士突圍。日軍隨即進逼41軍軍部駐地圍場，部隊又與日軍激戰達六天之久。鑒於孤軍作戰之險，孫殿英不得不率部退往察哈爾，布防沽源、獨石口一線。
41軍此次熱河血戰，與熱河守軍湯玉麟部的避戰逃跑形成了鮮明對比，得到了熱河民眾和全國各界的熱情支援和高度讚譽，41軍聲譽鵲起。孫殿英先後收編了湯玉麟的殘部和東北義勇軍李純華等部，實力大增，自行擴編部隊六倍於定編，將所轄各旅擴編為師；新成立騎兵三師、三旅、一團，由於世銘統一指揮；軍部直轄補充旅、炮兵團、工兵營、輜重營、無線電中隊以及兩個憲兵營。此時序列如下：
第41軍，軍長孫殿英，副軍長金尊華
第117師，師長丁綍庭
第1旅，旅長夏維禮
第2旅，旅長楊乾卿
第3旅，旅長王遂慶
第118師，師長劉月亭
第1旅，旅長衛日恭
第2旅，旅長張天功
第3旅，旅長徐昊
第119師，師長盧豐年
第1旅，旅長彭振國
第2旅，旅長竇連璽
第3旅，旅長謝璞田
第120師，師長楊輝峰
第1旅，旅長楊輝峰
第2旅，旅長康從良
特務團，團長趙立成
騎兵司令，於世銘
騎兵第1師，師長劉玉才
騎兵第2師，師長趙國增
騎兵第3師，師長石文華
騎兵第1旅，旅長李純華
騎兵第2旅，旅長呂存義
騎兵第3旅，旅長高霞軒
獨立騎兵團，團長孫壽民
補充第1旅，旅長顓孫子瑜
炮兵團，團長劉廣德
長城抗戰於5月中旬結束後，孫殿英率41軍奉命撤至居庸關以外的康莊、沙城、新保全一帶，占有100多里地的鐵道線，正好堵住了中央軍進攻馮玉祥部抗日同盟軍的去路。何應欽為了實現進攻同盟軍的目的，以察哈爾省主席相許，並以50萬元作誘餌，令其北攻抗日同盟軍。孫殿英認為此舉不得人心，便未從何應欽之命。但他又不願得罪何應欽，決定察看馮玉祥的實力以後再做最後決定，遂派人去張家口同盟軍總部，得知馮的軍火充足，官兵士氣旺盛，同仇敵愾。馮玉祥盼孫殿英能共同合作，為國殺敵。孫殿英看到蔣、馮態度都很強硬，左右為難，他既不想攻打馮玉祥落個罵名，也不想得罪“中央”斷了後路。思來想去，決定以走為上策，讓開是非之地，41軍向西北開拔至包頭。閻錫山因孫部久駐其地，電呈蔣介石，保薦孫殿英任甘寧青三省屯墾督辦。蔣介石遂即予以任命，促其儘速到職視事。
1934年初，41軍開始向寧夏進軍。西北馬家軍對孫部西來極為不滿，四馬聯軍拒孫。41軍剛進寧夏省境，與馬繼援部相遇，孫部杜志恆團奮力拚殺，左右兩旅也趕了上來，從兩面包抄獲勝，但傷亡很大。41軍進抵銀川城下，包圍猛攻銀川城。馬鴻逵部據城固守，孫部一連數日猛攻不下。馬鴻逵一面電請蔣介石調兵增援，一面派人去蘭州請朱紹良援救。蔣介石收到告急的電報，分別電令陝西高桂滋部、甘肅朱紹良、馬鴻賓等部，速速增援寧夏，殲滅孫殿英部。經五天激戰，馬鴻逵部撤出銀川，孫殿英率部進駐城內。馬鴻逵部封鎖了城四周的通道，使孫部內無糧草、外無援兵，被圍困起來。孫殿英在城內苦撐，孤立無援，陷入絕境。旅長楊明卿、團長吳雲川、杜志恆相繼離去，部分將領與何應欽密謀欲驅孫，晉軍奉國民政府令出兵切斷孫部後路，國民政府明令撤銷孫殿英甘寧青三省屯墾督辦之職。2月，41軍番號被明令撤銷，軍長孫殿英免職。
閻錫山見孫殿英大勢已去，遂派兵前往寧夏，接回孫殿英殘部，來到山西晉祠。孫部大半離散，殘部編為一師，仍由劉月亭任師長，受晉軍盧豐年節制。隨後國民政府令該師赴江西“圍剿”紅軍，待抵江西時又散去不少官兵，餘部遣散，部分官兵分散編入其他部隊。
抗戰
1936年6月，孫殿英受宋哲元邀請，就任察北保全司令。1937年7月抗戰爆發後，宋哲元任命孫殿英為冀北民軍司令。不久日軍攻陷冀北，孫殿英改任冀察游擊總隊司令，收集舊部、散兵及投軍的青年學生共2萬餘人。此時序列如下：
冀察游擊總隊，司令孫殿英
第1支隊，支隊長楊明卿
第2支隊，支隊長劉月亭
第3支隊，支隊長侯冠文
第4支隊，支隊長楊克猷
第5支隊，支隊長任孟啟
第6支隊，支隊長焦文典
1938年春，日軍香月師團向晉東南發動大規模進攻，晉城很快失守，孫殿英部向西轉進至陽城、沁水。在陽城鳳台古鎮，孫部楊明卿、楊克猷支隊與敵軍遭遇，幾經激戰，擊退了進犯之敵，保住了陽城、沁水一帶陣地。1939年1月，孫部由冀南撤至豫北，分別與敵人戰於河北的沙河、河南的濟源及東西軹城，戰況激烈，雙方互有傷亡，最後孫部挫敗進犯之敵，保住了黃河南北交通要道。在此次戰鬥中，孫部第1中隊中隊長史振文陣亡。戰後，戰區司令長官衛立煌傳令嘉獎，並撥給孫部一批槍枝彈藥。同年，孫部調往河南林縣駐防。
經孫殿英的一番活動，部隊不久被改編為新編第5軍，隸屬第1戰區，序列如下：
新編第5軍，軍長孫殿英，副軍長邢肇棠，參謀長馮養田
暫編第3師，師長劉月亭
第7團，團長楊克猷
第8團，團長侯冠文
第9團，團長柴文竹
暫編第4師，師長王廷瑛
第10團，團長王遂慶
第11團，團長王天祥
第12團，團長楊明卿
獨立第1團，團長劉廷傑
獨立第2團，團長許志武
補充第1團，團長戴世僖
補充第2團，團長梁少楓
1939年冬，暫編第3師師長劉月亭在作戰中被日軍俘虜，楊克猷升任師長。1940年，新5軍與27軍、40軍合編為第24集團軍。此時新5軍序列如下：
新編第5軍，軍長孫殿英，副軍長邢肇棠、康翔，參謀長馮養田
暫編第3師，師長楊克猷
第7團，團長侯冠文
第8團，團長王啟元
第9團，團長柴文竹
暫編第4師，師長王廷瑛
第10團，團長王遂慶
第11團，團長王天祥
第12團，團長楊明卿，後易張錫珂
獨立第1團，團長戴世僖
獨立第2團，團長劉廷傑
獨立第3團，團長梁少楓
特務團，團長許志武
1941年初，11團團長王天祥因受龐炳勛排擠，憤然率部投敵。11團重建後以劉廷傑為團長，不久易張式平。是年秋，副軍長邢肇棠的共產黨員身份為軍統察覺，邢離部出走，王廷瑛升任副軍長，不久他調，楊明卿升任副軍長，王遂慶繼任暫4師師長。
1943年4月，日軍以超出第24集團軍兩倍的兵力，向太行山發動了大規模“掃蕩”。4月21日，日軍分別向太行山南麓500多里的防線發起進攻，主攻方向為新5軍據守的邢門口、十八盤。11團團長張式平率部一連擊退日軍十多次衝鋒，全團犧牲極其慘重，官兵所剩無幾。21日晚，邢門口失守，孫殿英帶領軍部向西南山西省界疾進，又被日軍包圍。戰至5月初， 孫殿英率新5軍投敵叛國，新5軍番號隨即被軍事委員會明令撤銷，此時部隊序列如下：
新編第5軍，軍長孫殿英，副軍長楊明卿，參謀長馮養田
暫編第3師，師長王遂慶
暫編第4師，師長張錫珂（代理）
覆滅
孫殿英投敵後，隨即誘降了第24集團軍總司令龐炳勛及27軍、40軍各一部。李振清率40軍一部拒絕投降，拚死血戰，突圍而出。新5軍投敵後，汪偽政府保留其原番號不變，仍稱新5軍，序列如下：
新編第5軍，軍長孫殿英，副軍長楊明卿、路厚齋，參謀長馮養田
第7師，師長楊克猷
第19團，團長王啟元
第20團，團長侯冠文
第21團，團長張式平
第8師，師長張錫珂
第22團，團長張普霖
第23團，團長常相時
第24團，團長朱錫齡
第23師，師長劉月亭
獨立第1旅，旅長李紀廣
獨立第2旅，旅長張體安
特務團，團長許志武
補充第1團，團長戴世僖
補充第2團，團長劉廷傑
補充第3團，團長梁少楓
1943年12月，汪偽政府將孫部偽新5軍自24集團軍序列劃出，單獨編為“豫北剿共軍”。1944年，孫部又改編為偽第6方面軍，下轄第11軍（即原新5軍）。
1945年8月，抗戰勝利，國民政府將孫部收編為“先遣軍”第2路軍，後改稱新編第4路軍。1946年，鄭州綏靖公署將孫部改編為暫編第3縱隊，駐防河南湯陰，序列如下：
暫編第3縱隊，司令孫殿英
第5總隊，總隊長楊克猷
第21團
第22團
第6總隊，總隊長張錫珂
第23團，團長王鴻勛
第24團，團長朱錫齡
獨立第1團，團長許志武
獨立第2團，團長戴世僖
獨立第3團，團長郭平甫
1947年3月，解放軍圍攻湯陰，孫殿英督率所部頑強抵抗，戰至4月2日，部隊全軍覆沒，孫殿英被俘，1948年10月死於獄中。
