唐高祖李淵也曾想將孫思邈招來為己所用，據《華嚴經傳記》卷五載：“義寧元年，高祖起義幷州，邈在境內，高祖知其宏達，以禮待之，命為軍頭，任之四品，固辭不受，後遊歷諸處，不恆所居。”孫思邈曾與親友說過，待將來社會上出了賢明君主時，自己可以出來做些濟世救人的事。
開創“貞觀之治”的唐太宗李世民固然是一代明君，但他也是長生不老藥的超級“粉絲”。唐太宗也曾下了一道聖旨將孫思邈召到京城長安，見到年過半百卻依然面色紅潤、容顏不老的孫思邈，太宗皇帝情不自禁地感嘆道：“故知有道者誠可尊重，羨門、廣成（二者都是古代傳說中的仙人）豈虛言哉！”隨後準備授以官職爵位，孫思邈仍婉言謝絕。唐太宗想強留孫思邈又怕損壞了自己在老百姓心中的光輝形象，只得順其自然，允他還鄉。孫思邈走後，唐太宗繼續搜尋服用據說可以使人長生的丹藥，一面服藥，一面心中發狠：難道沒了張屠戶就吃帶毛的豬不成？沒有你孫思邈，我照樣可以長生不老！結果事與願違，還不到50歲，他就因為服用丹藥引起的汞中毒而“仙逝”了。
唐高宗一直是個病秧子（這也是皇后武則天得以掌權的原因之一），當然也希望身邊有個老神仙似的醫生，於是就在顯慶四年（659年）召見孫思邈，欲授以諫議大夫之位，孫思邈辭謝不受。唐政府此時正在編撰《新修本草》（即後來的《唐本草》），就讓孫思邈留在長安參與編寫，這是孫思邈樂此不疲的工作，他就留了下來。四月，一部圖文並茂的《唐本草》撰寫完成，共55卷，收錄了844種藥物，這是世界上首部國家藥典。後來，孫思邈以年老多病為由請求回鄉，而後一直生活在故鄉耀縣的罄玉山。
孫思邈在皇帝們面前能夠做到堅持自我，不卑不亢，實屬難能可貴。更為可貴的是，他對待病人，特別是窮苦百姓，像春風般溫暖，像夏日般熱情。
有一天孫思邈正聚精會神地著書立說，忽然有人跑來說南山一年輕人疼痛不止，呼吸微弱，因家境貧寒才拖延至今。他立即收筆，帶上藥囊裝好金針，快速趕到病人家中。孫思邈想用針灸止痛，但古書記載的止痛穴位都扎過了，卻還是無濟於事，他十分耐心地繼續尋找最痛點，突然，病人叫了起來：“啊……是……是這兒！”孫思邈立即將金針紮了進去，疼痛很快就停止了。從此，人身上又多了一個痛點穴位——阿是穴。
作為一名醫生，孫思邈不僅具有高超的醫療技術，而且還具有高尚的醫德。他認為，醫生應一切以治病救人為先，處處為病人著想。凡是到他這裡來治病的人，不分高低貴賤，他一律平等對待。
一次，一位得了尿閉症的病人來找孫思邈求醫，孫思邈見病人雙手捂著像鼓一樣高高隆起的肚子呻吟不止，心裡非常難過。他想：尿流不出來，大概是排尿的口子不靈。尿脬（膀胱）盛不下那麼多尿，吃藥恐怕來不及了。如果想辦法從尿道插進一根管子，尿也許就能排出來。孫思邈決定試一試。可是，尿道很窄，到哪兒去找這種又細又軟還能插進尿道的管子呢？正為難時，他忽然瞥見鄰居家的孩子拿著一根蔥管吹著玩，腦子裡立刻有了主意。他找來一根細蔥管，切下尖頭，小心翼翼地插入病人的尿道，並像那小孩一樣，鼓足兩腮，用勁一吹，很快，尿液從蔥管裡緩緩流了出來，病人的病就好了。
這看似簡單的一吹其實並不簡單，如果一個醫生的心中沒有充滿對病人的關切，他是無論如何也做不到這一點的。
在長期的醫療實踐中，孫思邈有感於醫方本草部帙浩繁，忽遇急症求檢困難，遂博採群經，刪繁就簡，並結合他個人的學術經驗，於永徽三年（652年）撰成了《備急千金要方》（簡稱《千金要方》或《千金方》），共39卷，323門，方、論共5300篇，其內容包括診療、針灸、導引、按摩等，相當全面。書中記載的治療腳氣病的方法，比歐州人早一千多年。他把婦、兒科放在卷首，以視重視，他還找到了複方，一方可治多病和多方可治一病的方法。
孫思邈認為：“人命至重，有貴千金，一方濟之，德逾於此。”故以“千金”兩字命名他的醫學著述。《千金要方》一書較系統地總結了中國自古至唐初的醫藥學成就，自面世以來一直備受醫家和學者之尊崇。
永淳元年（682年），年逾百歲的孫思邈與世長辭。臨終前，他囑咐家人薄葬，不藏冥器，不宰殺牛羊舉行祭祀活動。但孫思邈“功在生民，則民祀之”，人們為了紀念他，尊其為“藥王”，並將他晚年隱居的五臺山稱為“藥王山”。“簫鼓年年拜藥王”已成了孫