全國抗戰爆發后，紅軍主力改編為八路軍，孫開楚任八路軍總部機要科科長，野戰政治部組織部副部長。1939年11月調任八路軍總部軍工部政治委員。

作為軍工部政治工作的主要領導人，孫開楚遵照彭德懷、羅瑞卿的指示，把中央紅軍、八路軍政治工作的優良傳統與軍事工業生產的特點結合起來，提出了“政治工作是我軍的生命線，是軍隊戰斗力的源泉，同樣，工廠政治工作是我軍工廠的生命線，是工廠生產力量的源泉。”他同廣大政治工作者一起探索，在實踐中總結軍事工業中政治工作的方法和經驗。

1941年3月，孫開楚在總部后勤政治工作會議上作了《軍工部政治工作報告》，全面闡明了軍事工業政治工作的特點、任務和方法。

同年9月，八路軍總部制定了軍工部《工廠政治工作和政治指導員工作條例草案》，并在此基礎上逐步形成和健全了從軍工部機關到工廠班組，從黨內建設到工會組織的一套保證軍工生產的政治工作規則。

孫開楚在長期的革命實踐中清醒地認識到，要想戰勝敵人必須具備兩個條件，一是要發動群眾，二是要有武器。共產黨人從來都認為戰爭勝負的決定性因素是人不是武器，但武器裝備也是重要的物質條件。

孫開楚到軍工部工作后，始終牢記八路軍總部首長的殷切囑托，先后與劉鵬、劉鼎兩位部長密切配合，一切從戰爭實際需要出發，在根據地創辦、擴建了大批兵工廠，抓緊生產槍炮彈藥，供應前線，并創辦了太行工業學校，為軍工事業培養了不少技術人才。

1942年5月，日軍調集重兵向八路軍總部駐地山西遼縣（今左權縣）麻田一帶進行“鐵壁合圍”，當時孫開楚正在中共北方局黨校學習，突圍中在十字嶺遭到日軍的包圍，不幸被俘犧牲，時年32歲。

孫開楚1926年加入中國共產黨，1928年參加湘南起義上井岡山，后來又參加長征，長期從事機要檔案保密工作，曾對中央紅軍機要文書檔案保管工作作出重大貢獻，現存中央檔案館有關井岡山時期和長征途中的許多重要文件，都是孫開楚歷經千難萬險，靠一件自制的“夾衣”保存下來的。

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體名錄，孫開楚位列其中。