弟庾翼接替他出镇武昌，任命孙盛为安西将军谘议参军，不久后改任廷尉正。
适逢安西将军桓温接替逝世的庾翼出镇荆州，留任孙盛为参军。
公元346年（永和二年）十一月，桓温率益州刺史周抚与南郡太守、谯王司马无忌讨伐成汉，孙盛随军出征。
次年三月，桓温抵达彭模，采纳袁乔建议，留孙盛与周抚子周楚率领瘦弱的士兵守卫辎重，桓温亲自统率步兵直接开赴成都。
不久后成汉皇帝李势的叔父、右卫将军李福忽然率军数千攻打彭模，众人都很惊恐。孙盛部署诸将全力抵抗，将李福军击败使其逃走。
同年，成汉灭亡，孙盛因功被赐爵为安怀县侯，升任桓温的征西大将军从事中郎。
此时孙盛已经率领晋军三万人赶到固山，但尾随而来的还有索超的八千铁骑兵。
“传令下去，各部就地扎营，屯于固山山麓，不得出战。”
听到孙盛这般命令，麾下的将领都表示十分的不解。
一个部将出声询问道：“将军，魏军的兵力明显少于我军。为何不趁魏军立足未稳之际，趁机进攻，反而还将固山让给他们？”
孙盛摸着自己的胡须，笑着说道：“固山已