1926年，孙伯龙于省立第一师范学校毕业后，为了追求光明，寻找救国之路，毅然南下广州，入黄埔军校第六期学习。学习期间，孙伯龙刻苦钻研，力求掌握更多的军事知识，并立下“救国拯民，复兴中华”的宏愿。

1928年4月，国民革命军在徐州誓师北伐，孙伯龙随国民党第四十军开进鲁南，击败了奉系军阀孙百万部。国民革命军占领峄县后，孙伯龙奉命留在家乡，组建国民党峄县县党部及县政府，被任命为县党部常务执行委员(后称书记长)

由于受进步思想的影响，孙伯龙在峄县十分注意倡导新文化。他在城里创办了血花书店，积极推销进步书刊，如鲁迅的《野草》、《热风》、《呐喊》，蒋光慈的《少年漂泊者》，左干臣的《征鸿》等等，深受广大读者的喜爱和欢迎。他创办了农民训练班，公开宣传解放妇女，提高女权。他的妻子葛伯华带头剪发、放脚，提倡女权，并坚持到妇女识字班义务讲课。他支持农会揪斗恶霸地主，勒令给恶霸戴上高帽子，游街示众。他支持枣庄矿区建立失业工会组织，亲自批准失业工会的合法地位。孙伯龙还同情和帮助共产党人。他的同乡好友、共产党员朱道南，参加广州起义后，因与部队失去联系，返回家乡峄县，在他的多方掩护下，才得以在当地教育界立足并继续从事革命活动。得知中共山东省委派往峄县的联络员、昔日的老同学项脉峄不幸被捕，心急如焚，便借探监之机，向项口授机宜，使项免遭屠杀并安全脱险。

孙伯龙的正义之举，受到了国民党峄县组织的排挤和打击，他在县党部的职位接连下降，先由书记长降至秘书长，不久又降至普通执行委员，1934年，终被贬黜。被罢官后，孙伯龙返回家乡，创办了文庙小学。

1937年底，日本侵略军占领济南后，又沿津浦路南下，鲁南地区局势危急。目睹祖国的大好河山遭到侵略者的蹂躏，孙伯龙心潮难平，毅然在家乡动员群众，筹措枪支，组织起一支30多人的抗日武装，活跃在枣庄附近的张林村一带。当地民众对这支训练有素、士气高涨、纪律严明的抗日队伍十分拥戴，纷纷携带护家的枪支投奔孙伯龙，要求加入抗日队伍，使队伍迅速发展到100余人。

当时，孙伯龙在黄埔军校的同学黄僖棠(曾任国民党山东省党部委员)，领得了国民党军事委员会别动总队五十游击支队的番号，他自任司令，委任孙伯龙为他的参谋长。1938年4月，黄僖棠回到峄县，拉拢孙伯龙带着队伍，同他一起活动。孙伯龙坚决主张抗日，毫不理会黄僖棠那一套，为摆脱黄僖棠的牵制，他断然率部开赴峄西。当时峄县周营一带还有一支抗日武装在活动，其领导人是邵剑秋。为广泛团结抗日力量，更有力地打击日本侵略者，孙伯龙主动与邵部联合作战。由于这两支队伍密切联系，互相配合，打击了日本侵略军的嚣张气焰，大大地鼓舞了峄西民众的抗日情绪。

1938年6月，中共苏鲁豫皖边区特委委派朱道南率鲁南人民抗日义勇总队第三大队，联合董尧卿的抗日自卫军一同出山赶赴峄南进行宣传鼓动和统一战线工作。经过一番努力，疏通了与各部的关系，创办了抗日训练班，于6月中旬在周营镇召开了山外抗日军联合委员会成立大会。山外抗日军联合委员会由义勇总队、孙伯龙部、董尧卿部与邵剑秋部组成，孙伯龙被推选为副主任委员。在孙伯龙的协调下，几支队伍分工合作，密切配合，利用人地两熟的有利条件，扒铁路，翻火车，打埋伏，袭据点，声威大震。

峄南抗日武装的发展壮大，日军深感不安。日军加紧“清乡”和“扫荡”，残酷杀害抗日民众。不久，朱、董两部奉命撤往山区，邵部也被其顶头上司骗至苏北，坚持原地斗争的重任落在孙伯龙肩上，环境极为险恶。是年9月，邵剑秋摆脱了其上司的控制，率部由苏北返回峄西，孙、邵两部又重新联合在一起，进一步发动和依靠当地民众，对日军的“清乡”和“扫荡”展开英勇反击，使峄西地区的形势日趋好转，队伍也不断发展壮大。

为了进一步打开峄南运北的抗战局面，孙伯龙于1939年6月到抱犊崮山区找到了中共特委领导朱道南，请求给予指导和帮助。通过朱道南的引荐，孙伯龙与鲁南特委书记宋子成及人民抗日武装十九团(原抗日义勇总队改编)团长张光中见面商谈。经中共出面说合，张光中推荐，由国民党鲁南专员兼保安司令张里元委任孙伯龙为鲁南游击司令部特务二旅旅长，邵剑秋为直辖七团团长。孙伯龙接受委任，摒弃原来的番号，加强了同中共的联系。是年7月13日，孙伯龙根据准确情报，在曹家埠设伏，与邵剑秋部协同作战，全歼日军四支郎君小队22人，开创了苏鲁边区全歼敌人一部的范例。

仲秋，八路军一一五师政委罗荣桓，代师长陈光亲率先头部队六八六团、师机关和直属部队抵达鲁南抱犊崮山区，开辟以抱犊崮山区为中心的抗日根据地。不久，孙伯龙的义勇总队归一一五师建制，改编为苏鲁支队。峄县县委在运河南所掌握的孙斌全部也用了八路军的番号。同年11月，峄县抗日民主政府正式成立。这时，峄县运河一带抗日武装打八路军的旗帜问题，已提到工作日程上来了。罗荣桓政委指出：“运河地区临近徐州，西傍津浦路，南接陇海路，历来为兵家必争之地。我军如能在这里树起八路军的旗帜，巩固发展壮大起来，这将有利于华北、华中乃至延安的交通联络，意义十分重大。但是，日军也十分重视这一地区，宋太祖赵匡胤说过‘卧榻之处，岂容他人鼾睡’。一旦我军在此发展起来，这里必定是敌、我激烈斗争的地区。我们这支队伍就一定要顶得住，要敢于在日军头上跳舞。”根据罗政委的指示，峄县决定把在峄县运河两岸活动的几支抗日武装统一起来，组成中国共产党直接领导的抗日队伍。通过朱道南的联络，孙伯龙当即代表全体官兵表示同意县委决策。罗政委听了县委的汇报，高兴地表示，条件已经具备，同意将孙伯龙部归八路军一一五师建制，编为运河支队。同年12月底，八路军一一五师首长颁发了组建运河支队的命令，任命孙伯龙为支队长，朱道南为政委，邵剑秋为副支队长，胡大勋为参谋长，文立正为政治处主任。1940年1月1日，在周营召开了成立大会。从此，八路军一一五师运河支队的旗帜飘扬在运河南北。在一一五师的统一指挥下，运河支队与苏鲁支队三大队，峄县支队、四县边联支队等抗日武装，协同作战，不断给日军有力打击。在杜庄、曹埠桥、塘湖、利国驿、杨庄、侯集等战斗中，孙伯龙借助天时地利，充分发挥八路军游击战术的威力，巧妙设伏，灵活出击，相机转移，使敌人屡遭重挫，真正成为“敢在鬼子头上跳舞的英雄人民抗日武装”。

1940年10月初，日军集结重兵，分进合围，对运河支队发动凶猛攻击。因敌众我寡，运河支队伤亡重大。10月12日，孙伯龙亲率两个中队在朱阳沟村与敌激战一天，他指挥果断，身先士卒，部队愈战愈勇。直至天黑时，敌人也未能突进运河支队防线。在一大队增援下，孙伯龙率部利用夜暗，顺利突围。此战，运河支队仅以50人伤亡的代价，取得了歼敌近400人的战果。是年11月，孙伯龙奉命率运河支队进山休整。罗荣桓等师首长听取了孙伯龙部的战斗总结汇报，给予很高评价。时值鲁南军区刚刚建立，孙伯龙被任命为鲁南军区副司令员，分管部队训练和机关工作。

1941年1月，由于日军大举“扫荡”，鲁南抗日斗争进入了艰苦时期。誓死报国的强烈责任感，促使孙伯龙产生了一个新的想法，即利用他在峄县的基础，再组建一支抗日队伍峄山支队。他正式向鲁南区党委提出了请求，党组织很快批准了孙伯龙的请求，并任命他为峄山支队支队长，同时，任命彭畏三为政治委员。

1941年初春，艳丽夺目的迎春花开遍了峄县山山岭岭，运河两岸春光明媚。孙伯龙满怀战斗豪情，亲率峄山、运河支队以及峄山抗日民主政府机关，在苏鲁支队三大队协助下，在运河两岸广泛开展工作。在这里，孙伯龙充分利用国民党抗敌协会自卫军的合法身份，上下奔波，巧于周旋，主动与活动在这一地区的国民党地方武装联系，展开团结联盟工作，从而使一些对共产党怀有戒心的地方武装，很快归拢过来。这也使孙伯龙真正体会到鲁南军区首长要他以国民党的名义兼职的重要意义。此间，孙伯龙团结各界人士，共谋抗日良策，完成了上级交给的各项斗争任务。他率部多次拔据点、除敌顽，粉碎敌人“扫荡”、“围剿”，使敌人恐慌不安，闻风丧胆。

1942年1月2日，在抗击日军包围的激战中，孙伯龙壮烈牺牲，时年39岁。

2014年8月29日，民政部公布第一批著名抗日英烈和英雄群体名录，孙伯龙名列其中。