籲依循「臨時約法」恢復國會。繼而因有段祺瑞與黎元洪的院府之爭，使軍閥張勳1917年7月扶出傅儀復辟帝制。於是自7月起孫南下廣州組織軍政府謀對抗。又軍閥段祺瑞隨趕走張勳與清帝，控制國會，操縱總統。孫以「真共和對假共和」為號召，提出「護法運動」，並欲發兵北伐。但廣州軍政府的組成主力是西南軍閥。他們其實旨在割據，北伐因而隨發隨止。然後孫反被排擠了，他失望和氣憤地返上海，發表第一次護法失敗的講話，斥責西南軍閥亦如北洋軍閥，一丘之貉。五四運動期間，孫主要是閉門讀書寫書，年底著成「孫文學說」。1919年10月，孫把中華革命黨改組為「中國國民黨」，自任總理，力圖再起。不久，北洋軍閥陣營發生皖直戰爭，皖系段祺瑞被打敗下臺，直系曹錕及吳佩孚大勝，與率兵入關相助的奉系張作霖同把持北京國會。孫亦藉此轉機，命粵軍攻廣州。陳炯明所部連續兩次「粵桂戰爭」終把桂系陸廷榮打敗。孫於1921年初離上海返廣州，再組政府，二次護法。4月，改稱「正式政府」；5月，就職「非常總統」；8月，廣州「非常國會」透過孫所提的「北伐方案」。10月，孫欲親自督師從廣西入湖南，然後與直系的江西軍隊開戰。但是湖南軍閥趙恆惕及粵軍司令陳炯明均被直系派人分化，先是趙恆惕不讓孫率軍過境，孫遂決定回師廣東韶關北上。既搬動大本營，又延誤出征期。然後，粵軍司令陳炯明有謀叛割據自立之心。他因不支援北伐，已被孫降職貶權，但仍然是陸軍部長，並且負責後援軍餉。陳吩咐部下故意到財政部去鬧事。引孫趕回廣州，在處理糾紛時，突然發動軍變。這就是炮轟總統府事件。孫逃脫後，登永豐艦，與陳叛軍水陸交戰近兩個月，因北伐軍南迴被阻，孫才離粵重返上海，於 1922年8月15日宣佈其第二次護法失敗。這一次的原因，孫責用人不當，因為叛軍原亦是革命軍。1923年2月，因北伐軍終於又能集合南返，重佔廣州，孫又復回。這次，他重建元帥府，只自稱大元帥。這已三建廣州政權，仍然是與北方對立。不過，孫亦有大改變。
1924年1月，孫接受蘇聯特使的建議，再重組中國國民黨，容納共產黨員加入，並且開辦黃埔軍校，扶助工農。這就是現時史家所說的後期「聯俄容共」三大政策。
1924年秋北方北洋軍閥發生了第二次「直奉戰爭」，因直系將領陣前反戈，回師北京囚禁了曹錕，吳佩孚在腹背受敵下遁退湖南，讓馮玉祥與奉系張作霖佔北京。馮電邀孫赴京議和，籌組南北聯合政府。孫遂欣然北上。
然而11月2日曹錕被逐下臺，暫由黃郛代總理兼攝政。10日孫在廣州發表「北上宣言」；15日段祺瑞在北京被推舉為「臨時執政」；17日孫抵上海，提出召開「國民會議」主張，作為商討籌組聯合政府起步。21日孫離上海取道日本，然後於12月 4日抵天津。當晚孫的肝病復發。
12月 6日，段祺瑞發表尊重過去與列強所籤不平等條約的宣言，企圖爭取外國支援他充當執政的地位。24日，公佈「善後會議」的召開與條例，明顯地對抗孫。因為孫所提的「國民會議」的參與者，將是包括各界代表；段推出的善後會議，只安排南北軍政界作為邀請出席物件。雙方取向不同，未和談已互罵。31日，孫抱病抵北京。
1925年1月26日，孫入協和醫院施手術後，確診患了肝癌末期。2月 24日，病危口授遺囑，由汪精衛代筆。3月11日在遺囑簽字，3月12日上午九時半逝世，享年五十九歲。
孫的遺體經過防腐，存放於俄製水晶棺。3月19日移靈至北京中央公園內舉行公祭，由24日至31日，先後有七十四萬六千八百二十三人前往致哀，空前絕後，場面肅穆。悼念活動同時在全國各大城市內舉行。4月2日，孫的遺體移存北京香山碧雲寺石塔中。1929年6月，再移葬至南京紫金山，其墓地稱為中山陵園，碧雲寺石塔留衣冠冢。
孫文，在國民黨統治大陸的期間被尊為「國父」；大陸自成立中華人民共和國後稱他為「革命先行者」。不管用何稱謂，孫對中國現代革命的貢獻深獲世人肯定。
當然，孫的逝世，對當時南北的局面有不同的結果。在北方，段祺瑞與張作霖把馮玉祥摔開，以善後會議推出了新的國會，總統改為虛位，由總理去攝行。在南方，因孫的逝世使南北議和告吹。雖有史無前例的人潮往瞻仰遺容，雖有言詞能及的弔唁表尊祟讚譽，中國還是南北分裂的中國，軍閥還是搶權奪地的軍閥。統一或割據依然是從政之爭。於是，廣州改組，矢志北伐