在胜利的欢呼中，1912年，出生于安徽省庐江县金牛镇山南村的孙立人，从青岛迁到古都北平。其兄孙同人进入北大念书，孙立人一时无合适学校可进，就在家里念私塾，学习国文、英文、算学等。不久，清华学堂招生，孙立人听说清华学堂好，就准备报考。1914年，孙立人、孙衡人回安徽安庆参加清华学堂的入学考试，与千余名学生共同竞争五个名额，孙立人一举夺魁，考取正取第一名，孙衡人考取备取第一名。孙熙泽亲送孙立人到北京，去见清华学校周贻春校长。孙熙泽对周校长说：“请你把我这个孩子就当你的小孩子，有什么事情就打，打死了我都不心疼。”周校长说：“你放心，我绝不会对他客气。”

周贻春是清华最有作为、最热心办教育的一任校长。他严格管理学生，为妥善安排学生的食、宿、游、息等课外活动，成立斋务处，任命陈筱田为斋务长，对学生实行管理和奖惩。陈筱田管理也很严格，为制止学生出轨，斋务处制订了奖惩规定，奖励有物质和名誉奖；惩罚按情节分训诫、思过、记过、开除等。思过房间内地势低洼，冬天冷夏天潮，室内一无所有，旁边还有斋务处人员监督。学生一入思过室，就有入监狱之感。学生均惧畏之。但这种严格的管理使孙立人获益匪浅。这对他养成军人素质极为有利。

在清华期间，孙立人的一大收获是锻炼了强健的体魄，为从军打下基础。刚入校时，孙立人身体不太好，也无运动基础。马约翰先生到校后，大力提倡体育运动，体育活动才认真开展起来，学校规定每天下午4～5点为强迫运动时间，一到时间，学校就将图书馆、教室、宿舍等锁起来，学生都要到操场参加运动。学校还规定体育不及格不能留学。马约翰先生常向学生说：“你们要好好锻炼身体，要勇敢，不要怕，要有劲，要去干，外国人打棒球、踢足球，你们也去打、去踢。不要出去给中国人丢脸，不要人家一推你，你就倒；别人一发狠，你就怕；别人一瞪眼，你就哆嗦。”在马约翰先生的鼓励下，孙立人对运动有了浓厚的兴趣，后来入选中华篮球代表队，在上海虹口公园参加第三届远东运动会，与队友团结苦战，先后战胜日本队、菲律宾队，夺得远东运动会篮球冠军。

1919年，孙立人经历了一次爱国运动。中国在巴黎和会上外交失败，美、英、法、日、意在《凡尔赛和约》中把原德国在山东所强占的一切特权全部让给日本。此奇耻大辱激怒了中国人民。5月4日，北京城内学生举行了游行示威，这一消息迅即传遍沉静闭塞的清华园。孙立人的同学闻一多连夜抄写岳飞《满江红》词，贴在饭厅门口，表示收复失地的决心。5日早晨，高等科和中等科的科长（级长）立即召开全校社团联席会议，决定成立清华学生代表团并召开全校同学大会。6月3日至5日，孙立人与同学一道进城宣传，参加天安门游行，高呼“收复失地、废除二十一条”等口号。“五·四”的洗礼，使孙立人更成熟。