為了解中草藥的特性，他走遍了深山老林，孫思邈還十分重視民間的醫療經驗，不斷積累走訪，及時記錄下來，終於完成了他的不朽著作《千金要方》。唐朝建立後，孫思邈開始接受朝廷的邀請，與政府合作開展醫學活動。公元659年完成了世界上第一部國家藥典《唐新本草》。根據史志、本草、《道藏》等文獻，以及陝西省耀縣藥王山有關碑刻，孫思邈的著作80餘種，今多亡佚。
孫思邈醫德也十分高尚。他認為，醫生須以解除病人痛苦為唯一職責，其它則「無欲無求」，對病人一視同仁「皆如至尊」，「華夷愚智，普同一等」。他身體力行，一心赴救，不慕名利，用畢生精力實現了自己的醫德思想，是我國醫德思想的創始人，是中國古代當之無愧的著名科學家和思想家。
懸絲診脈，虎守杏林
身穿龍袍，腳騰火輪
唐貞觀年間，長孫皇后懷孕已十多個月不能分娩，反而患了重病，臥床不起。雖經不少太醫醫治，但病情一直不見好轉。太宗愁鎖眉頭，坐臥不寧。徐茂功將孫祖推薦給太宗。
孫祖受詔後，一面向皇后身邊的宮娥采女細問病情，一面認真審閱太醫的病歷處方，作了詳細的分析研究，已基本掌握了皇后的病情。然後，他取出一條紅線，叫采女把線系在皇后右手腕上，一端從竹簾拉出來，孫祖捏著線的一端，在皇后房外開始 「引線診脈」了。
沒有多大功夫，孫祖便診完了皇后的脈。原來，孫祖醫術神奇，靠著一根細線的傳動，竟能診斷清人體脈搏的跳動，這就是他被群眾稱為神醫的原因。
後經孫祖診治，皇后產下了皇子。孫祖不願在朝為官，立志漂泊四方為廣大人民群眾舍藥治病，並撰寫《千金方》濟世活人，向太宗陳述了自己的志願，婉言謝絕了太宗賜給的官位。太宗賜給他「沖天冠」一頂、「赫黃袍」一件、金牌一面、良馬一匹和千兩黃金、綢緞百尺。孫祖又拒絕了太宗賜給的黃金綢緞。
唐太宗深為孫祖的高尚品德和為人處事的精神風貌所感動，同文武百官將他送出皇城，任他去名山大川採集藥材，為黎民百姓救死扶傷，任何人不得阻攔。唐太宗十分欣賞孫祖，後來還曾親臨華原拜訪孫祖，並賜他頌詞一首。直到現在，藥王山南庵內還留有唐太宗御道、「拜真台」、「唐太宗賜真人頌」古碑一通等。
虎守杏林典故距今已有一千三百多年歷史，精研醫學併兼通玄門典籍，被譽為「藥王」的唐代著名醫學家孫祖晚年曾雲遊於邱縣。觀其景物優美，民風淳樸，遂留連忘返客寓郊寺，懸壺行醫無欲求，施醫無類，師承董奉為人治病不收錢，不受謝，惟望患者病癒後在寺旁植杏樹三株，經年植杏樹百畝，郁然成林，杏熟以杏易谷賑貧。
此間，有虎伏跪求醫，孫祖首創「虎撐」治癒金簪卡喉之疾，虎有靈性，不復危害人畜，感恩為其守護杏林並充當藥王坐騎。藥王佩逝，虎繞寺哀嘯三日，不知去向。
名傳朝野，著書傳世
諭該三教，方著《千金》
唐高宗永徽三年，孫祖根據多年來的行醫經驗，並會通古今，撰成了《備急千金要方》，共三十九卷，三百二十三門，方、論共五千三百首。其內容包括診療、針灸、導引、按摩等，相當全面。提出了「人命至重」的道家醫療觀點。書中記載了具體治療腳氣病的方法，比歐洲人早一千多年。他把婦、兒科目放在卷首，以示重視；孫祖看到復方，一方可治多病或多方可治一病的方法。
永徽四年，全國瘟病流行，一時難以控制。一些僧道藉機以「秘丸」、「神丸」欺騙患者，大發橫財。這年四月，朝廷下令全國禁止僧、道游醫為民治病，違者予以治罪。孫祖得知這個消息後，遂隱居耀縣城東的五台山。
在五台山中，他除了煉養氣功還精心煉丹製藥，以備將來為民治病。孫祖著《丹經》、《攝生真錄》、《福祿論》、《五兆算經》和《明堂經圖》，還為《老子》、《莊子》作了注，為道教的理論建樹，作出了貢獻。
顯慶二年，唐高宗詔令檢校中書令許敬宗等人會同名醫撰寫《唐新本草》。第二年，孫祖被召至長安，住在鄱陽公主舊宅。在編寫《新本草》過程中，他不僅對陶弘景《本草》《名醫別錄》作了訂正，並增補了百多種自己曾實踐有效的藥草。顯慶四年（公元659年）四月，圖文並茂的一部《唐新本草》撰寫完成，這是世界上首部國家藥典，共五十五卷，八百四十四種藥物。由於孫祖參編有功，唐高宗親自召見，並授予諫議大夫職，孫祖固辭不受，孫祖願到殿中省尚藥局工作。於是，高宗親授他承務郎。這承務郎屬從八品寄祿文散官，享受國家待遇。尚藥局無具體任務，僅是指導御醫診病和用藥。孫祖在此任上，因時間充裕，精研醫學和道教典籍。
孫祖因有高尚的醫德，精湛的學識，曾多次隨高宗出遊，並結識了不少當朝名士，書法家宋令文、醫藥學家孟詵皆拜師問道。太醫謝季卿，針灸學名醫甄權、甄言兄弟和藥性學家韋慈藏等，經常到孫祖居處研討學問和醫技。孫祖在特殊的情況下，還為朝廷命官看病治病。大理寺卿趙某患風濕性膝關節炎，入朝無法跪地，經孫針灸治療，月余天氣，病患全除。還有「初唐四傑」之一的盧照鄰，懷才不遇，身患絕症，不能赴任，臥病長安，後經孫醫治，痊癒了。盧照鄰便拜思邈為師，並從師學習醫術推步、導引天文、養生等。盧照鄰後來，成為唐代很著名的「仙宗十友」之一。
唐高宗顯慶六年（公元661年），高宗讓權，武則天「稱制」。孫祖曾離京隱居嵩山修道。有一年，大旱不雨，武則天下詔選道德高尚的僧人祈雨，但無效；無奈，只好召孫祖入宮於內殿設壇行祈，當夜大雨。思邈說：「我修心五十年，不為天知，伊、洛二龍告訴我：若不是做有利於國家和人民的事，怎麼能升仙？」後來，我撰寫了《千金方》行傳於世。