孙立人奉史迪威之命亲率113团星夜驰援，18日凌晨向日军发起猛烈攻击，至午即攻克日军阵地，歼敌一个大队，解除了七千英军之围，并救出被日军俘虏的英军官兵、传教士和新闻记者五百余人。仁安羌之战是中国远征军入缅后第一个胜仗，孙立人以不满一千的兵力，击退数倍于己的敌人，救出近十倍于己的友军，轰动全球。之后，蒋介石给他颁发了四等云麾勋章。罗斯福授予他"丰功"勋章。英王乔治六世则授予他"帝国司令"勋章，孙立人是第一个获得这种勋章的外籍将领。

仁安羌战后，新三十八师掩护英军撤退。4月下旬，英军撤过曼德勒后继续向西逃往印度。中国远征军副司令官杜聿明拒绝了战区参谋长史迪威要他撤往印度的命令，决定率军向北撤回云南。孙立人奉命率新三十八师为第五军殿后。

5月9日，杜聿明见滇缅公路上的密支那已被日军占领，急令各部向西北穿越野人山回云南，并要新三十八师继续殿后。孙立人当即表示反对，认为绕过密支拿经野人山路途较远，且道路艰难，渺无人烟，给养样困难。

而目前远征军尚有四个师，不如集中兵力，趁敌立足未稳，夺回密支拿，沿滇缅公路回国。杜聿明不听。孙立人便拒绝服从杜的命令，而按照史迪威和司令官罗卓英的命令，率新三十八师向西撤往印度。撤退途中，他亲自端起冲锋枪率领士兵冲锋陷阵，打垮日军多次阻击。部队装备不但没有损失，还收容了数以千计的难民和英印散兵。

1942年8月，先后到达印度的中国远征军新三十八师和新二十二师进驻印度兰姆珈训练基地，番号改为中国驻印军。开始装备美械和训练。10月，中国驻印部队改编成新一军，郑洞国任军长，下辖孙立人新三十八师和廖耀湘新二十二师。1943年10月月，中国驻印军开始向缅北大举反攻。