1931年，赴日本考察铁路机车工厂。

1932年—1935年，任津浦铁路局机务处长。

1935年—1936年，任铁道部新路建设委员会委员、机务处长。　

1936年—1939年，任铁道部株洲机厂筹备处长、粤汉铁路局运输处处长。

1940年—1943年，任滇缅铁路机务处长、滇缅铁路督办公署机械总工程司、机务处长。

1943年—1946年，任军事委员会工程委员会机务处长。　

1946年—1947年，任交通部技监、技术研究所筹备主任。　

1947年—1948年，任交通大学校长。

1949年—1952年，任浙江大学机械工程系主任、教授。

1952年—1959年，历任交通大学系主任、教授、副校长。

1955年，当选为中国科学院学部委员（院士）。

1959年—1977年，任上海交通大学教授。

1977年8月1日，在上海逝世，享年85岁。

程孝刚在铁路工程方面，特别对机车的性能与运转方面深有研究。率领专家考察日本铁道工厂及有关技术部门，回国后在津浦铁路上加以运用。创建了湖南株州机厂，并试制成功两用汽车（轨用及陆用）。在桂林机厂进行改造10轮大卡车作为铁路轻型简易机车的试验研究，对当时解决仅有铁路线上的牵引动力以及以后的铁路工务用牵引车提供了方向和方法。

截至1977年8月，程孝刚的代表论著有《铁道概论》《关于新型轨道枕木的设想建议》《十年来铁路机车的发展》《辞海-机械工程分科》《改造轨道汽车为轻型铁道机车的牵引力实验报告》等。

程孝刚在交通大学甫一上任，就提出了“在安定中求进步”的办学方针，改进课程设置与调整充实系科。将轮机专科扩建为轮机工程系，航海专科扩建为航业管理系。同时，扩展机械工程系，增设电信管理专修科，充实理、工、管三院制学科格局。保持教学传统，恢复实验实习课程与组织校外参观调查。

程孝刚在上海交通大学创办了机车车辆系。

1952年，程孝刚在交通大学创立了机车车辆专业。

程孝刚在上海交通大学任教期间，开课讲授《蒸汽机车制造工艺学》《牵引计算及制动》等课程。

截至1977年8月，在程孝刚直接教学的机械系先后有机车车辆专业毕业生1360人，研究生46人，大多数成为中国机车车辆制造、管理、科研、教学方面的技术骨干，为铁道建设事业培养了大批技术人才。

程孝刚出生于江西宜黄一个书香世家，其父亲为清朝举人。程孝刚自幼聪颖好学，通读经书，涉猎维新丛刊。14岁应县考，取为前十名，府考连取五个合府第一名。

1921年，程孝刚与熊耀初在南京结婚。

“程孝刚是中国铁道机车工业和运用管理的开拓者。”（西安交通大学评）

“他（程孝刚）在铁路工程方面造诣很深，为铁道建设、牵引动力的发展作出了重大贡献。”（上海交通大学评）

“程孝刚是中国铁路机械工程和动力改革的开拓者，为中国铁路牵引动力的发展做出了杰出贡献。”（大江网评）

抚州名人雕塑园内建有才子园、英烈园、院士园等数十个主体雕塑园区，共65位抚州籍名人雕塑。其中院士园内建有程孝刚、艾兴、邓从豪等10位两院院士雕塑。

2020年8月，抚州市第一中学改造扩建三期工程开工建设，其中一栋建筑被命名为“孝刚”楼。