全国抗战爆发后，红军主力改编为八路军，孙开楚任八路军总部机要科科长，野战政治部组织部副部长。1939年11月调任八路军总部军工部政治委员。

作为军工部政治工作的主要领导人，孙开楚遵照彭德怀、罗瑞卿的指示，把中央红军、八路军政治工作的优良传统与军事工业生产的特点结合起来，提出了“政治工作是我军的生命线，是军队战斗力的源泉，同样，工厂政治工作是我军工厂的生命线，是工厂生产力量的源泉。”他同广大政治工作者一起探索，在实践中总结军事工业中政治工作的方法和经验。

1941年3月，孙开楚在总部后勤政治工作会议上作了《军工部政治工作报告》，全面阐明了军事工业政治工作的特点、任务和方法。

同年9月，八路军总部制定了军工部《工厂政治工作和政治指导员工作条例草案》，并在此基础上逐步形成和健全了从军工部机关到工厂班组，从党内建设到工会组织的一套保证军工生产的政治工作规则。

孙开楚在长期的革命实践中清醒地认识到，要想战胜敌人必须具备两个条件，一是要发动群众，二是要有武器。共产党人从来都认为战争胜负的决定性因素是人不是武器，但武器装备也是重要的物质条件。

孙开楚到军工部工作后，始终牢记八路军总部首长的殷切嘱托，先后与刘鹏、刘鼎两位部长密切配合，一切从战争实际需要出发，在根据地创办、扩建了大批兵工厂，抓紧生产枪炮弹药，供应前线，并创办了太行工业学校，为军工事业培养了不少技术人才。

1942年5月，日军调集重兵向八路军总部驻地山西辽县（今左权县）麻田一带进行“铁壁合围”，当时孙开楚正在中共北方局党校学习，突围中在十字岭遭到日军的包围，不幸被俘牺牲，时年32岁。

孙开楚1926年加入中国共产党，1928年参加湘南起义上井冈山，后来又参加长征，长期从事机要档案保密工作，曾对中央红军机要文书档案保管工作作出重大贡献，现存中央档案馆有关井冈山时期和长征途中的许多重要文件，都是孙开楚历经千难万险，靠一件自制的“夹衣”保存下来的。

2014年9月，民政部公布了第一批300名著名抗日英烈和英雄群体名录，孙开楚位列其中。