兵部尚书孙承宗到边关视察，将蓟镇三协十二路分设三员大将，命令孙祖寿统领西协，驻守在遵化，统辖石匣、古北、曹家、墙子四路。
当时武备松弛，人心涣散，刑罚不严，号令难以执行。孙祖寿上任以后，革除陈规陋习，禁止请客送礼，谢绝说人情、走后门。他还悬下赏格，严明法度：自副将、参将以下，作战不胜，革职不用。
孙祖寿的改革措施令人耳目一新，在军营上上下下引起了震动，发生了震慑力。
孙承宗在皇帝面前称赞孙祖寿：“一钱不取，廉勇绝伦，真是将帅中的佼佼者啊!”
天启七年(1627年)，孙祖寿奉命率兵增援宁锦经略使。巡抚高第中途传箭令其回防。孙祖寿折断令箭，仍执行原来的命令，虽然解围有功受到褒奖，却因违反了高第的命令被免官归田。崇祯二年(1629年)因清兵迫近京师，朝廷诏命各镇入援勤王，孙祖寿变卖家产，招募千名勇士，被予招练总兵一职，负责安置流亡百姓，保护天寿山林木，防止樵采事宜。
他曾写了军事上的3条建议和保卫京师的6项措施，但均未被朝廷采纳。
清军兵临北京城下，孙祖寿与大同总兵满桂率领的勤王之师共同防守凉水河一线，孙