隋开皇元年（581年），见国事多端，孙思邈隐居太白山中。他一方面下功夫钻研医学著作，一方面亲自采集草药，研究药物学。认真研读《黄帝内经》、《伤寒杂病论》、《神农本草经》等古代医书，同时广泛收集民间流传的药方，热心为人治病，积累了许多宝贵的临床经验。他从理论到实践，再由实践经验中提炼出新的医药学研究成果，以毕生精力撰成了医学著作《千金要方》和《千金翼方》。
应诏入京
唐太宗即位后，召孙思邈入京师长安，见到他70多岁的人竟能容貌气色、身形步态皆如同少年一般，十分感叹，便道：“所以说，有道之人真是值得人尊敬呀！像羡门、广成子这样的人物原来世上竟是有的，怎么会是虚言呢？”太宗想授予孙思邈爵位，但被他拒绝了，仍回到乡间为民医病。
唐高宗显庆四年（659年），孙思邈又被接到帝都，拜谏议大夫，这次他虽留住在长安，但仍不愿当官。碍于情面就推荐了自己的徒弟刘神威，说徒弟好学，年轻有为，高宗就应允后立即安排刘神威进了太医院。[10]
上元元年（674年），孙思邈年高有病，恳请返回故里。高宗特赐他良驹等物，还有已故的鄱阳公主的宅邸居住。当时的名士宋令文、孟诜、卢照邻等文学大家都十分尊敬孙思邈，以待师长的礼数来侍奉他。
退隐五台
孙思邈一生勤于著书，晚年一说隐居于故里京兆华原（今陕西省铜川市耀州区）五台山（药王山）专心立著，直至白首之年，未尝释卷；一说隐居于河南济源王屋山中，采药种药，为民治病。在王屋山度过了人生的最后阶段，去世后葬在王屋山天坛峰下。[25]
唐永淳元年（682年），孙思邈与世长辞，享年142岁。留下遗嘱：要薄葬，不要焚烧那些纸扎的阴间器物，祭祀时不宰杀牲畜。[8]
主要成就
医术
孙思邈不仅精于内科，而且擅长妇科、儿科、外科、五官科。在中医学上首次主张治疗妇女儿童疾病要单独设科，并在著作中首先论述妇、儿医学，声明是“崇本之义”。他非常重视妇幼保健，著《妇人方》三卷，《少小婴孺方》二卷，置于《千金要方》之首。在他的影响之下，后代医学工作者普遍重视研究妇、儿科疾病的治疗技术。
孙思邈非常重视预防疾病，讲求预防为先的观点，坚持辨证施治的方法，认为人若善摄生，当可免于病。只要“良医导之以药石，救之以针剂”，“体形有可愈之疾，天地有可消之灾”。并提出“存不忘亡，安不忘危”，强调“每日必须调气、补泻、按摩、导引为佳，勿以康健便为常然。”他提倡讲求个人卫生，重视运动保健，提出了食疗、药疗、养生、养性、保健相结合的防病治病主张。
孙思邈很重视研究常见病和多发病。如山区人民由于食物中缺碘，易患甲状腺肿大病（俗称粗脖子），他认为这种病是由于山中的水质不洁净引起的，所以就用海藻等海生植物和动物的甲状腺来治疗，具有较好的效果。他对脚气病作了详细的研究，首先提出用谷白皮煮粥常服可以预防，所选择的治疗脚气病的药物含有丰富的维生素B1，效果很好。在长期的实践中，孙思邈还总结出治疗痢疾、绦虫、夜盲等病症的特效药方。在太白山中居住时，孙思邈亲自采集药材，研究药物性能。他认为适时采药极为重要，早则药势未成，晚则药势已竭，依据丰富的药学经验，确定出233种中药材适当采集的时节。
孙思邈对针灸术也颇有研究，著有《明堂针灸图》，以针灸术作为药物的辅助疗法。他认为“良医之道，必先诊脉处方，次即针灸，内外相扶，病必当愈。”积极主张对疾病实行综合治疗。
在研究医学的过程中，孙思邈把硫磺、硝石、木炭混合制成粉，用来发火炼丹，这是中国现存文献中最早的关于火药的配方。他在所著《丹经内伏硫黄法》一文中，记述了伏火硫黄法的制作方法。
孙思邈还对良医的诊病方法做了总结：“胆欲大而心欲小，智欲圆而行欲方。”“胆大”是要有如赳赳武夫般自信而有气质；“心小”是要如同在薄冰上行走，在峭壁边落足一样时时小心谨慎；“智圆”是指遇事圆活机变，不得拘泥，须有制敌机先的能力；“行方”是指不贪名、不夺利，心中自有坦荡天地。
在临床实践中，孙思邈总结出了许多宝贵的经验，如“阿是穴”和“以痛为腧”的取穴法，用动物的肝脏治疗夜盲症，用羊的甲状腺治疗地方性甲状腺肿，用牛乳、豆类、谷皮等防治脚气病；对于孕妇，提出住处要清洁安静，心情要保持舒畅，临产时不要紧张；对于婴儿，提出喂奶要定时定量，平时要多见风日，衣服不可穿得过多等等。这些主张，时至今日仍有现实意义。
孙思邈对古典医学有深刻的研究，对民间验方十分重视，一生致力于医学临床研究，对内、外、妇、儿、五官、针灸各科都很精通，有二十四项成果开创了中国医药学史上的先河，特别是论述医德思想、倡导妇科、儿科、针灸穴位等都是前人未有。
孙氏认为“人命至重，有贵千金，一方济之，德逾于此”，故将他自己的两部著作均冠以“千金”二字，名《千金要方》和《千金翼方》。他汲取《黄帝内经》关于脏腑的学说，在《千金要方》中第一次完整地提出了以脏腑寒热虚实为中心的杂病分类辨治法；在整理和研究张仲景《伤