不久，华罗庚、吴大猷分别到普林斯顿高等研究院、密执安大学任客座教授，朱光亚、李政道分别到密执安大学研究生院、芝加哥大学研究生院，唐敖庆到哥伦比亚大学化学研究院，王瑞到密苏里州圣路易的华盛顿大学。孙本旺征求陈省身的意见后离开华罗庚进入纽约大学着名的柯朗数学研究所做研究。
国民政府准备建立研究机构试图制造原子弹的计划，最终流产了。然而，在出国学习的人员中，朱光亚最终成为新中国原子弹研制工程的主要参与者，为中国原子能事业的发展做出了重要的贡献。这也是西南联大培养的大批杰出人才中最令人关注的突出范例。
柯朗原是德国哥廷根数学研究所所长，希特勒上台后迫害犹太人，柯朗遂于1933年来到美国，经过多年努力，柯朗数学研究所成为世界上最大的应用数学研究中心，被誉为“应用数学分析王国的首都”。在第二次世界大战中，该所对美国军方的贡献甚大。在这个顶尖的数学殿堂里，孙本旺如鱼得水，他师从费雷德里西(Friedrichs)，主攻泛函分析和偏微分方程，同时还在普林斯顿大学听阿廷(Artin)的课：环论、伽罗瓦理论、代数数论等。从这些德国哥廷根学派的大师那里，他学到极为严谨、生动、丰富的数学知识和研究方法。他先后发表《有限维投影几何》等数篇论着，攀登一个又一个数学山峰。他学问精进，连拿下硕士和博士学位。
在美国留学期间，孙本旺参加了唐明照领导的中共地下党外围组织“新华月社”，任纽约地区留学生组织的理事。
孙本旺一直关注着中国的政局，新中国的成立令他欣喜不已，妻子来信希望他学成归国，他归心似箭，坐立不安，直到拿到船票。
1949年10月，孙本旺回到祖国。姜立夫先生闻讯后，从他任教的岭南大学寄来聘书及搬迁费。当时王文英在镇江的一所私立助产护士学校任行政工作，校方坚决不放她走。孙本旺最终选择了武汉大学数学系，任副教授，重登三尺讲台。寒暑假便坐江船回镇江与妻女团聚，他对珞珈山的工作环境甚为满意。1951年，孙本旺推荐武大数学第一名的优秀毕业生丁夏畦，进入华罗庚筹建的中科院数学所，日后成为该所着名的数学家。
五、哈军工笑口常开的老教授
1952年10月，周祖同教授带着高教部的调令来到武汉大学商调孙本旺和周明两教授，武大积极协助，痛快地放人。孙本旺与周祖同一起离开武汉，他先去镇江家里，安排好妻女的生活，12月北上，在天津火车站转车时，任新民早已在站台上恭候，为他办好去哈尔滨的一切手续。
建院初期，孙本旺服从国防建设需要，放弃在微分几何等方向上的研究，积极投入基础教学。组建数学教授会、为一期学员补习高中课程、培训年轻助教，他都是拣重担子挑。卢庆骏教授到任后，他与卢教授配合默契，一对君子互相尊重，把数学教授会办成上下团结一心的模范集体。
初次与陈赓相识，孙本旺就被陈赓的人格魅力所折服。1953年7月1日，陈赓亲自为哈军工老教师讲党课，刚讲完，孙本旺就激动地站起来，当场大声表态：“我要求参加中国共产党！”
孙本旺性情随和，满腹经纶，颇爱聊天。有时他下班回家，刚进门，后面就跟来曾思虞教授或薛鸿达教授，还没有吃饭就找孙本旺聊天来了。
如果说年轻教员有点怕卢主任，但绝对不会怕孙主任，有些实在弄不懂的问题，就去问孙本旺。孙主任乐呵呵地听完，点拨一下思路，年轻教员恍然大悟，高兴地转身走了。
在讲课风格上，孙本旺与卢庆骏不大一样。卢庆骏的课堂里是一片肃静，一丝不苟的卢教授很少开玩笑；而孙本旺的教学方式很特别，是典型的美国风格，他讲课思路开阔，善于启发诱导，课堂上常笑声不断。孙本旺肚子里的故事多，他常在讲课中穿插点数学家的小故事，有时也讲点自己在美国留学时的小故事：“我上第一堂课的时候，数学泰斗阿廷（Artin）就问我，你会弹钢琴吗？我说不会，他说，完了，你没有希望了！”
孙本旺的调侃让大家笑起来，他自己不笑，接着说：“在西方，数学是个很讲艺术的学科，据说阿廷的钢琴演奏可以达到钢琴家的水平呢。”
孙本旺还喜欢让学生上去讲课，他坐在下面听。他笑称学数学的人是为了追求精神上的优越——你搞的东西别人不明白嘛！
在笑声里，学员们轻松地学到知识，体会到数学殿堂的瑰丽和魅力，很多人都说，听孙主任的数学课，如坐春风，那是一种精神享受。
1956年，有一次孙本旺给海军系学员讲微分方程的“条件极值”，他首先给大家出了一道题：“在一个椭圆里求做一个内接三角形，使内接三角形的面积最大，并求其面积”。他说这是北大数学系提供的，在美国数学月刊上有人解过，但是非常繁复，解出来有一小册子那么厚。
学员王世民一边听课一边想这个问题，突然来了一种灵感。课间休息时，他到教员休息室把解题草稿交给孙本旺，说道：“我解出来了。”孙本旺感到很突然，看了一会儿微笑道：“不对。”王世民认为自己没有错，犹豫着没有拿回草稿。孙本旺想了想说：“那好，我再给你一个椭球，做它的内接四面体，使体积最大，这你恐怕就做不出来了吧？”
再下一堂课，王世民把解法交给老师，孙本旺还说不对，王世民坚持说“对”，“那好吧，”孙本旺说，“我拿回去研究研究。”
第三次上课，孙本旺乐呵呵地对王世民说：“对了！”他在课堂上表扬了王世民一番。
过了一段时间，孙本旺把一份字迹清晰的手稿交给王世民，一共9页，署名顺序是“王世民，孙本旺”。这让王世民非常感动。作为着名数学教授，能接受学生的解题思路而纠正自己原来的判断，并花工夫完善学生的思路，写出详细的推导过程。孙本旺师德高尚！
后来孙本旺又把附有描图纸作图的正式稿件交给王世民，依然把学生的名字署在前面。现已退休的国防科大教授王世民把孙老师的亲笔手稿珍藏了56年，因为泛黄变脆的手稿见证了自己学生时代的一件得意之作，更凝聚着老师提携学生的一片心血。
在哈军工，学员放假不回家，是司空见惯的现象。1957年寒假，空军工程系六科三年级学员集体行动，大家寒假都不回家过年，他们写信给孙本旺教授，请求他利用寒假帮助补学专业学习所必需的数学知识。孙本旺欣然应允，天天去给学员们上课。
楼外是冰天雪地，孙本旺空着手，披着满身的雪花走进教室，摘下皮帽子拍打几下，再用手抹去眉毛上、下巴上的白霜沫儿，笑眯眯地登上讲台，圆圆的脸盘透着红晕。
他气定神闲，娓娓而谈，复杂的数学问题变成兴趣盎然的科学故事。他旁征博引，由近及远，由此及彼，一气呵成，深深吸引着凝神忘情的学员们。教室里春光融融，此刻是孙本旺和他的学生们最快乐的时刻。
孙本旺发表过多篇重要学术论文。段学复在《近代中国数学家在代数方面的贡献》中指出：“孙本旺在矩阵几何方面的工作，为华罗庚1940年的工作所引导，……他把以耦对正交群（辛群）为基本群的对称黎曼空间完全决定了出来。”苏步青在《新中国数学十年（1949-1959）》一书中，认为孙本旺是新中国成立后国内研究E.嘉当几何的第一人。
六、风雨飘摇度春秋
卢庆骏调走后，孙本旺继任数学教研室主任。1962年秋，哈军工调整“大跃进”年代浪迹荒原般的教学工作，开始大抓教学质量。数学教研室从新生中挑选了沙基昌等十个尖子生，“开小灶”，因材施教，专门培养，这是哈军工精英教育的有益尝试。
多年来，在卢、孙两位数学家的言传身教下，数学教研室新秀竞起，生气勃勃，一直是哈军工的先进单位。
1963年秋，孙本旺在学院体育馆为我们第十一期新生作报告，主题是如何学好高等数学。笔者记得，佩戴上校军衔的孙主任笑容可掬，妙语连珠，他讲的学好数学“三字经”，为我们初进大学校门的青年人上了一堂启蒙课。数学课是我们最下苦功的基础课，那年期末，笔者所在的63-412班获得哈军工新生班数学考试平均分数全院第一名。