1937年，七七事变爆发以后，沙延孝积极响应党的号召，立即着手发展党的抗日武装。同年12月，冠县境内石洪典领导的绿林武装“北杆”和韩春河领导的“南杆”，被范筑先将军收编为第五、六支队。五支队时辖三个团，共三千余人，石洪典任司令，荆维德任副司令，原冠县县委代理书记郭芳臣任参谋长。为了改造这支队伍，鲁西北特委书记赵健民直接领导的中共冠县临时工委决定，派沙延孝、孙洪等人到五支队工作，并在五支队建立了党总支，盛北光任书记，沙延孝、孙洪为委员。

1938年三四月间，日军进犯鲁西北地区，占领了濮、范两县。范筑先将军调集五，六、二十一、二十二等四支队，并亲率保安一营、卫队营参加濮范战役。4月，为了进一步加强党对五支队的领导，党总支召开会议，决定对五支队内党员干部进行调整，并经郭芳臣向石洪典，荆维德建议，得到批准。调整后，沙延孝出任第一团政治处主任。五六月间，五支队在阳谷、寿张整顿时，范筑先将军亲自前去检阅，按照国民政府军队的军衔制，沙延孝被授予中校军衔。

1938年11月15日，日军攻陷聊城，范筑先将军壮烈殉国。此后，范筑先的各个支队相继分化，有的另立山头，独霸一方;有的投靠日伪，认贼作父。而五支队则由于党的工作基础较好，党员较多，因此很快拉回冠县，向我党直接组建和领导的十支队，八路军一二九师先遣纵队靠拢，不久即被编入八路军一二九师先遣纵队第二团。部队改编后，沙延孝转入地方工作。

1939年2月，由十一支队刚刚改编的筑先纵队第三团在冠县城南与日军遭遇，损失较大。4月，部队在冠县斜店一带整编，整编后的筑先纵队三团改编为第三营，赵健民任营长。1940年春，党组织派沙延孝到三营任教导员。这时，三营各连普遍建立了党支部，配备了指导员，各排也建立了党小组。从此，三营在赵健民和沙延孝的率领下，挥戈请缨，驰骋疆场，横扫敌阵，屡建奇功，广大群众称之为“赵三营”，其威名在广袤的鲁西北平原上家喻户晓，广为传颂。这支抗日劲旅成为巩固和发展鲁西北抗日根据地的重要力量。

1940年初，在我党的领导下，冠县境内相继建立了八个区委和七个区政府。这时，冠县北部的六、八区仍被韩镜镶、刘祖荣、汤福阶等人所控制。他们抗粮抗税，拒绝抗日军队进驻，处处设障，阻碍抗日工作的开展。同年夏初，赵健民和沙延孝研究决定，攻打六区地主武装控制的大柳邵和邢柳邵两个村庄。根据战斗部署，赵健民率一、三连进攻大柳邵，沙延孝率二、四连进攻邢柳邵。经过激烈战斗，我军占领了大柳邵和邢柳邵，缴枪一百余支。这次战斗，沉重打击了六区封顽势力，巩固了六区抗日政权。

1940年6月，筑先纵队和先遣纵队正式合编为八路军一二九师新编第八旅，辖二十二团、二十三团、二十四团，沙延孝所在的筑先纵队三营编为新八旅二十二团第三营。随后，部队奉刘邓首长命令，开赴卫河以西，在冀南地区坚持敌后抗日斗争。同年10月上旬，新八旅二十二团转战于河北省曲周、永年一带。

10月7日，驻曲周县城的日军纠集了一个大队的兵力，突然向驻扎在曲周县城东南10公里大连寨村的二十二团二营袭击。在猛烈的炮火掩护下，敌人很快占领了大连寨村西头的阵地。在这紧急情况下，新八旅副旅长王近山命令三营火速增援二营，赵健民和沙延孝率部急行到大连寨，迅速投入战斗。激战中，沙延孝机智沉着，鼓舞士气，协助赵健民指挥部队打退敌人一次又一次疯狂的正面进攻。敌人几次败阵，伤亡惨重，慌忙丢下一百多具尸体，向县城狼狈逃窜。赵健民和沙延孝率队追歼残敌时，发现敌人丢下一门一三式山炮，便越过敌尸，向山炮奔去。沙延孝边冲边喊“同志们冲呀，看哪个连得到山炮”，当接近山炮时，隐藏在山炮附近几个坟堆后面的日军突然开枪射击，沙延孝不幸中弹倒地。赵健民和通讯员对准敌人一阵猛射，消灭了顽抗的日军。当他们疾步赶到沙延孝身边时，发现他已经停止了呼吸。战士们怒不可遏，随着“为教导员报仇”的阵阵呼喊，猛虎似的扑向残敌……

战斗结束了，战士们怀着万分悲痛的心情，抬着他们敬爱的教导员和其他牺牲的战友的遗体，向大连寨东南方向转移。部队为沙延孝等烈士举行了隆重的追悼会。新八旅政治委员肖永智、二十二团政治委员于笑虹参加了追悼会。他们高度赞扬了沙延孝等为党为人民英勇献身的精神，号召广大指战员，化悲痛为力量，以烈士为榜样，打败日本侵略者，解放全中国。

2020年9月2日，沙延孝入选第三批著名抗日英烈、英雄群体名录。