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孙思克是汉军旗人，最初担任王府护卫。顺治八年（1651年）二月，孙思克担任牛录额真。六月，担任刑部理事官。
顺治十一年（1654年）六月，改任甲喇额真。顺治十三年（1656年）考满，荫一子入国子监，孙思克又随洪承畴由湖南进征贵州、云南，屡立战功。
康熙二年（1663年）正月，孙思克被擢升为甘肃总兵，镇守凉州。康熙五年（1666年），厄鲁特蒙古欲迁徙到大草滩，被拒绝后，与清军在定羌庙交战，败后又扬言要分道三路入侵边境，一路入河州、临洮、巩昌，一路直逼西宁，一路进犯凉州。孙思克与提督张勇一同上疏朝廷，请求对蒙古用兵。清廷认为不能轻易开战，让他们严守边境，抚恤番族。
孙思克与张勇便在扁都口西水关到嘉峪关一带修筑边墙，使得厄鲁特蒙古在边境放牧的部落尽皆迁走。后来，孙思克又巡视南山各处险隘，分兵固守，并约束军纪、选拔将才、裁撤冗卒、核实粮饷。山陕总督卢崇峻奏知朝廷。康熙十三年（1674年）六月，加孙思克右都督衔。
康熙十三年（1674年）冬，陕西提督王辅臣在平凉响应吴三桂叛乱，临巩诸郡相继从逆，兰州危急，孙思克遣游击刘衍等移兵协防，自己统兵进至苦水镇。兰州陷落，陕西总督哈占命张勇、总兵王进宝等从金城关渡河收复兰州，孙思克自凉州，由阿坝、红水、芦塘至索桥堡，经过人迹罕至的草地，结筏渡河，夺取靖远与附近诸城堡。孙思克打算进攻固原，会师平凉，不料厄鲁特部的墨尔根台吉趁机入寇凉州，副将陈达战死。孙思克便留参将刘选胜驻守靖远，自己率军由草地渡河，返回凉州，击退墨尔根台吉。
后来，甘州高台附近的黄番部落也入侵边境，围攻暖泉、顺德诸堡。孙思克率军赶赴甘州（今甘肃张掖），击退黄番，然后东渡黄河，与张勇会师，一同围困巩昌（今甘肃陇西）。当时，大将军、贝勒洞鄂久攻秦州（今甘肃天水）不下，吴三桂的援军也由四川赶至。孙思克便率二千兵马赴援，在秦州城西扎营，与叛军相对峙。不久，王辅臣部将陈万策、马肇升出降，巴三纲逃走，清军得以收复秦州。孙思克与将军佛尼埒追击南山寇，收复礼县、清水、伏羌（今甘肃甘谷）等县。之后，孙思克又回军巩昌，命陈万策入城劝降守将陈台孙、陈可等人，巩昌府十七州县全部收复。
此后，孙思克率军收复静宁，击败叛将李国梁，又攻打华亭，逼降叛将高鼎，一直进军至平凉城下，与贝勒洞鄂会师。叛军出城迎战，孙思克督军力战，八战全胜，逼得叛军挖壕沟抵御。孙思克挥军直进，三次击退叛军，又攻破泾州（今甘肃泾川）白起寨，俘获叛将李茂。
康熙十五年（1676年），图海接替洞鄂，统领清军，到城北虎山墩查看地势。叛军伏兵突然杀出，被孙思克击败，逐出十余里。不久，王辅臣出降，孙思克便返回凉州。康熙帝为表彰孙思克的功劳，擢升他为凉州提督，封一等阿达哈哈番（汉文为轻车都尉）。孙思克上疏谢恩，并说：“臣在虎山墩之战时被砍中右臂，伤了筋骨，如今已成残疾，请让臣返回本旗。”康熙帝下诏慰留。
康熙十六年（1677年），孙思克又进封三等阿思哈尼哈番（汉文为男爵）。后来，准噶尔部作乱，蒙古各部也侵扰边境，结果都被孙思克与张勇击退。
康熙十八年（1679年），康熙帝命图海率军南下四川，并确定四道进兵的策略，孙思克与将军毕力克图出军略阳。这时，京师发生地震，孙思克上疏道：“汉中、兴安地势险要，叛军据守要隘，大军恐怕难以直入。绿营兵马都不够强壮，满洲军也不多，而且粮草运输极为不便。如今京师地震，各军都很忧虑，不如暂缓出师，待来年春季再用兵。”康熙帝命学士拉隆礼到凉州斥责孙思克。后来，孙思克与毕力克图进攻阶州（今甘肃陇南），夺取文县、成县、沔县（今陕西勉县）等县。不久，康熙帝命孙思克返回凉州，后又将他调往庄浪。
康熙二十年（1681年），庆阳百姓耿飞联合番族首领达尔嘉济农作乱，进犯河州（今甘肃临夏），被孙思克与张勇讨平。
康熙二十二年（1683年），清廷追论孙思克请求缓师之罪，罢去他提督之职，并剥夺世职，仍旧留任总兵。康熙二十三年（1684年），孙思克又担任甘肃提督。
康熙二十九年（1690年），学士达瑚、郎中桑格出使西域归来，不料在嘉峪关外，被西海部落的阿奇罗卜藏劫持。孙思克派军攻打西海，斩首四百余级，击走阿奇罗卜藏，又遣使诘责西海诸台吉。诸台吉非常恐惧，抄没阿奇罗卜藏的家财，赔偿给清军。
康熙三十年（1691年），孙思克上疏进言，建议清廷在嘉峪关增设总兵一人，并增兵至三千，又提到甘肃贫瘠，请求在河西要地囤积粮草。
康熙三十一年（1692年），孙思克加封太子太保、拜他喇布勒哈番世职（汉文为骑都尉），不久请求退休。康熙帝下诏慰留，又加封他为振武将军。
康熙三十二年（1693年），准噶尔部噶尔丹作乱。内大臣郎岱率禁军出镇宁夏，并以孙思克为参赞。
康熙三十五年（1696年），康熙帝御驾亲征，任命大将军费扬古为西路主帅。孙思克率军出宁夏，与费扬古在翁金（今蒙古海尔汗杜兰西）会师。
后来，康熙帝停驻在克鲁伦河。费扬古率军截击噶尔丹，在昭莫多（今蒙古国乌兰巴托南宗英德）交战。当时，孙思克率绿旗兵与各路清军并力奋战，大败噶尔丹，追奔三十余里。康熙帝下诏褒赞，将孙思克召到京师，命侍卫迎劳，赐袍褂帽靴等物，御制诗“鹰扬资远略，宿望在西陲”。入觐畅春园，赐御书绥怀堂额及端罩四团龙补服、孔雀翎朝帽、朝衣、朝珠、鞍马。又让他镇守肃州，侦察噶尔丹的下落。
康熙三十七年（1698年），康熙帝评议功勋，加封孙思克为拖沙喇哈番（汉文为云骑尉）。
康熙三十九年（1700年）二月，孙思克因病乞求退休。康熙帝派御医及兵部官员前去探视，让他留职养病。不久，孙思克病逝，追赠太子太保、一等阿思哈尼哈番兼拖沙喇哈番（一等男兼一云骑尉），赐谥襄武。七月，孙思克的棺材还京，命皇长子爱新觉罗·胤禔前往奠醊，赐鞍马二、银千两。
雍正八年（1730年），雍正帝兴建贤良祠，孙思克的灵位被安放在祠中。乾隆四年（1739年），乾隆帝定封孙思克为一等男。乾隆三十二年（1767年），乾隆帝又将孙思克的爵位定为世袭罔替。
康熙帝：将军孙思克谋勇素裕，居官甚优，效力行间，克奏肤功，久镇岩疆，勤劳茂著，允称良将。
陈康祺：是亦国朝一名将，其战绩不亚赵良栋、王进宝诸公，而其名稍晦，故载之。
赵尔巽：思克请缓师，虽不得与良栋、进宝同功，仍俾坐镇，皆圣祖驭将之略也。思克战功微不逮，而惓惓爱民，可谓知本矣。
萧一山：张勇、赵良栋、王进宝、孙思克奋于陕；蔡毓荣、徐治都、万正色奋于楚；杨捷、施琅、姚启圣、吴兴祚奋于闽；李之芳奋于浙；傅宏烈奋于粤；群策群力，敌忾同仇。
孙思克久镇边关，深得军民之心。他的灵枢运回京师时，自甘州至潼关，所经之处，军民无不号哭。康熙帝听闻后，叹道：“孙思克如果平时为官不善，怎能得到如此拥戴。”
兄长：孙有光，封三等精奇尼哈番。
长子：孙承恩，原配直郡王爱新觉罗·胤禔第四女。续娶贝勒海善（恭亲王常宁第三子）之女。
次子：孙承运，官至散秩大臣，袭爵一等阿思哈尼哈番，娶康熙帝第十四女和硕悫靖公主。
第一任：孙思克
第二任：孙承运，孙思克的次子，康熙三十九年（1700）八月袭。
第三任：孙承思，孙承运弟。康熙四十五年（1706）十月袭。
第四任：吉福，孙承思子。雍正十一年（1733）十一月袭。
第五任：孙惟中，吉福子。乾隆十五年（1750）十二月袭。
第六任：庆麟，孙惟中子。乾隆四十八年（1783）十二月袭。
第七任：庆长，孙思克之三世孙。
第八任：彭寿，庆长子。
第九任：锐龄，彭寿子。
第十任：麟辉，锐龄子。光绪二十七年（1901）袭。
《清史稿·卷二百五十五·列传四十二》
金庸小说《鹿鼎记》中，孙思克是云南副将，因不是吴三桂嫡系，被派到京城，后与韦小宝、张勇、赵良栋、王进宝结为兄弟。
1998年《鹿鼎记》，蒋克饰演孙思克