在這個宏偉誌向的驅使下，孫思邈發憤學習，認真鑽研。為了掌握廣泛的知識和可靠的本領，他不辭辛勞，達到了廢寢忘食的地步。功夫不負有心人，他通讀了大量各種各樣的醫學書籍，獲得了豐富的知識，掌握了精深的醫學技藝，為他以後的行醫生涯打下了一個良好的基礎。正因為有了這個好基礎，孫思邈行醫不久就出了名，漸漸名聲越來越大，連朝廷裏也知道了他高超的醫術，要召他去當醫官。但孫思邈不願被束縛在皇宮裏，執意推辭了，他知道他的根應當紮在千百萬人民中間。
孫思邈不僅醫術高，醫德也很好，他不會因病人交不起診費就把病人拒之門外，見死不救。相反，他經常為許多病人義務治療，還把藥送給他們。對於遠道上門求醫的病人，他還騰出房子讓他們居住，親自為病人熬湯端藥，勝似對待自己的親人。隻要有人請他出診，他總是有請必應，不管是風雪彌漫，還是夜深黎明，立即趕往醫治。
有一次，一個病人得了尿瀦留，撒不出尿，小肚子脹得非常難受。他請來孫思邀，懇求道：“孫醫生，快救救我！尿脬都要脹破了！”這種病的醫治，以往都是用藥來排泄。現在，孫思邀看病人那麼痛苦，心想：“吃藥怕是來不及了。怎麼辦呢？尿流不出來，怕是排尿管的口子不靈了。能不能用根管子插進尿道，讓尿通過管子流出來呢？”孫思邀考慮一番，決定試一試。可是尿道很細，什麼樣的管子才能插進去呢？他苦苦思考著，十分焦急，正在這時，他看見一個小孩拿著一根蔥管在吹著玩，突然受到了啟發，心想：“蔥管又細又軟，大概可以試試。”於是，他趕忙叫人找些香蔥，從中選出細韌的一根，稍加削剪，然後小心翼翼地插進病人的尿道，再用力一吹。不一會兒，尿果然順著蔥管流了出來，病人的小肚慢慢癟了下去，病也就好了。一根小小的蔥管，便消除了病人莫大的痛苦。孫思邈由此成為世界上第一個采用導尿術的人。
又有一次，孫思邀出診回來，在路上看到幾個人抬了一口棺材。棺材縫裏滲出了鮮血，一個老婆婆跟在後麵哭得死去活來。孫思邀被哭聲所深深打動，又覺得棺材裏流出的鮮血很不尋常，就連忙趕上前去，問道：“棺材裏裝的什麼人？死了多長時間啦？”老婆婆忍住哭泣，含淚答道：“已有幾個時辰了。”孫思邈說：“把棺材打開，讓我看看好嗎？”老婆婆開始不願意，孫思邈並不放棄，耐心說服老婆婆：“可以試試。我看棺材裏流出的鮮血，應該還是有希望的。”老婆婆聽孫思邈說得有理，就一邊讓大家打開棺材一邊說：“我可憐的孩子啊！她是難產，折騰了兩天兩夜，受了不少罪。結果小孩子沒生下來，把自己的命也給送了。我就這麼一個女兒，醫生要是能把她救活，我一定給你磕頭。”說話之間，棺蓋已經打開。孫思邈往棺材裏一看，隻見那婦人臉色煞白，忙探手去摸婦人的脈，果然還在微微顫動。孫思邈趕緊拿出銀針，選好穴位，慢慢地紮了下去，然後手指不停地撚動。不一會兒，隻見那婦人呼了口氣，睜開了雙眼。又過了一會兒，一個胖娃娃“哇哇”地落了地，老婆婆連忙抱起嬰兒，激動的淚水不住地往下流。孫思邈拿出隨身攜帶的藥，讓產婦服了下去。產婦漸漸蘇醒了，臉上也有了血色。老婆婆抱著嬰兒跪倒在孫思邈麵前，一麵磕頭，一麵感激不盡地說：“謝謝救命之恩！謝謝救命之恩！”孫思邈連忙把老婆婆扶起來。周圍的人看到孫思邈一針救了兩條人命，都驚訝、敬佩不已，同聲稱讚他真是個神醫。
孫思邈在行醫的過程中經常運用比較的方法來分析得病的原因，開拓用藥的思路。他發現山區的貧窮百姓容易得“雀盲眼”（即夜盲症），這種病人白天的視力挺正常，可一到晚上就變得像麻雀一樣，什麼也見不到了。而有錢人常常得腳氣病，症狀為身上發腫，肌肉疼痛，渾身乏力。孫思邈想，為什麼窮人多得夜盲症，富人多得腳氣病呢？這肯定與飲食有關，不是多吃了些什麼，就是少吃了些什麼。於是，他比較了窮人與富人的飲食，發現富人多吃葷腥油膩、精米細糧，而窮人卻很少吃葷，吃的多為粗糧素食。經過反複考慮，他認為窮人得夜盲症，很可能是很少吃葷的緣故，富人得腳氣，不是由於吃葷就是由於吃細糧。他再作仔細分析，發現粗糧裏夾雜著不少米糠麩子，精米白麵則把這些東西弄得一幹二淨，看來腳氣病就是因為缺少米糠和麩子這類東西引起的。思考分析之後，孫思邈對症下藥。他試用動物的肝髒治夜盲症，試用米糠和麥麩治腳氣病，果然都很見效。他是世界上第一個記錄腳氣病的醫學家，比起國外的最早記錄，要早出1000年左右。
孫思邀還十分擅長針灸，在古人已知穴位的基礎上，通過不斷實踐摸索，又發現了不少新的穴位，並總結出一個新的治療方法，就是哪裏有病往哪裏針灸。後來，人們把這種方法歸納為四個字，叫做“以痛取穴”，也學著孫思邈的樣，把“以痛取穴”的穴叫“阿是穴”。提起阿是穴，這裏有個來曆。
一次，有個病人找孫思邀看病，說大腿裏側有個地方疼得要命。孫思邀給他開了一帖中藥，可服了之後，並不見效。孫思邀就給病人使用針灸治療，紮了幾次，病人還是一個勁地喊痛。孫思邈想，除了古書上所說的那些穴位外，難道就沒有其他的穴位了嗎？他一麵用大拇指在病人的大腿上輕輕地掐來掐去，一麵不斷地耐心問著病人：“是不是這兒痛？”掐了很多地方，反複問了很多遍，病人忽然叫了起來：“啊！是，是，就是這兒！”孫思邈就在那個點上紮了一針，病人的腿痛果然好了。孫思邈想，古書上沒有這個穴位，應當給它叫個什麼名字呢？噢，對啦，病人說“啊！是，是，就是這兒！那就叫它阿是穴吧！”阿是穴就是這樣得來的。