當時，孫紅雷身高1米79，體重卻重達90公斤。老師見孫紅雷急得滿頭大汗，就給他指了條明路：“離考試隻有一個月了，你得減20公斤。”
孫紅雷開始了“煉獄”般地減肥。一個月後，孫紅雷的體重減到了70公斤，他順利地參加了中戲音樂劇班的考試。考試中，孫紅雷使出渾身解數，又是唱又是跳，鬧了個滿頭大汗。考試結果公布了，孫紅雷以優異的成績被錄取。
在學校，孫紅雷沒有浪費一分鍾時間，記得他的老師們都說，他是這個班上最用功的學生，都管他叫“戲瘋子”。
大專班的學製是兩年，孫紅雷很快就麵臨畢業後求職問題。作為演員，他當然想留在北京，這裏有最優越的文化氛圍和藝術環境，但想留在北京的人太多了，要找一個立足的機會絕非易事。
一天，一個朋友告訴孫紅雷，中國國家話劇院招收演員，讓他去試試。孫紅雷還聽說，當時有很多當紅的明星都報了名，他想自己名不見經傳，肯定沒戲。但朋友勸他說、：“你也學了這麼久，我看你能行，為什麼不去試試呢？試試能掉一塊肉啊？”
孫紅雷硬著頭皮去報了名，然後跟著一群早已在電視和銀幕上看慣了麵孔的明星一起進了考場。因為沒有底氣，孫紅雷做了充足的準備，排了五個小品，好幾首歌和幾段舞蹈。表演完後，他覺得自己都快要虛脫了。
幾天後，孫紅雷正在王府井的一家書店裏買書，突然間呼機響了———他的心狂跳起來……借了書店的電話打過去，果然是話劇院人事處：“你是孫紅雷嗎？恭喜你呀，你被錄取了。小夥子，不容易啊，那麼多人，隻錄了你一個！快來報到吧。”
放下電話，孫紅雷迫不及待的撥通了家裏的電話，是媽媽接的，孫紅雷激動地說：“媽，我留在北京了，我有房子了，有戶口了……”而後，他泣不成聲……
進入國家話劇院後，孫紅雷一口氣出演了好幾部話劇。1998年，孫紅雷憑《三毛錢歌劇》獲得了第十七屆中國戲劇梅花獎。
孫紅雷在演藝界小有名氣了，也有一些導演拿著本子來找他，但孫紅雷婉言謝絕了。他不想這麼快就進入電視劇，覺得自己的底氣還不夠。他認為隻有在舞台上遊刃有餘了，再去演電視劇才能得心應手。朋友們說他迂腐，有錢不懂賺，孫紅雷說：“我就知道一個道理，整天想著錢、想著出名肯定不行。我的生活準則是踏踏實實地演好我的每一個角色，對我來說，演戲是我的生命，我必須珍惜我的生命。”
後來，張藝謀請他在電影《我的父親母親》中出演兒子一角，是影片黑白部分的男主角。張藝謀對他沒有什麼要求，隻是要他在一群完全本色的群眾演員中讓人認不出來，張藝謀換了句話說：“就是讓人看了電影後根本不記得你。”孫紅雷演了，至今很少有人記得他在電影裏的樣子。
趙寶鋼拍電視劇《永不瞑目》時，有人向他推薦了孫紅雷。趙寶鋼從來沒聽說過這個演員，但是答應見見他。孫紅雷趕到劇組，趙寶鋼正忙著，孫紅雷就坐在旁邊等著，這一等就是6個小時。趙寶鋼終於有空了，卻隻看了他一眼就說：“你不行，我要的是個打手，你的樣子太憨厚。”孫紅雷對趙寶鋼說：“告訴你，不用我，你會後悔一輩子的！”趙寶鋼笑了：“好吧，就是你了。”孫紅雷拚死拚活爭來的角色隻是個打手，還是四個打手中的一個。
電視劇拍完了，趙寶鋼跟孫紅雷成了哥們兒，孫紅雷那種玩命演戲的勁頭跟他玩命拍戲的勁頭太像了。他對孫紅雷說：“我記著，我欠你一部戲。”
2000年，趙寶鋼籌拍電視劇《像霧像雨又像風》，他信守諾言，在劇中設置了一個名叫阿來的人物。他打電話約孫紅雷：“來吧，這個角色是為你量身定製的。”
孫紅雷不負趙寶鋼的厚望，把阿來的忠心和癡情演繹得逼真而又感人。《像霧像雨又像風》播出後，阿來這個人物成為孫紅雷的代名詞———憑著這個人物，他在演藝界一炮而紅。
2001年，孫紅雷接拍了電影《周漁的火車》。見過導演孫周後，孫紅雷得知，這部戲的女主角是大名鼎鼎的國際巨星鞏俐。雖然算起來鞏俐是他的師姐，可孫紅雷心裏有點犯嘀咕：這麼個大腕，別是架子特大吧？
一天，孫周打電話給他，說鞏俐從香港到北京來了，讓他去見一麵，談談戲。孫紅雷一聽，激動得渾身不自在：這個國際巨星，從前可一直是高高掛在銀幕上的，如今終能見到“真人”了！孫紅雷換了十幾套衣服，都覺得不對。最後，他挑了一件夾克衫，配上鐵灰色的牛仔褲，穿著就去了。鞏俐穿著一件綠色的裙子，整個人清爽秀麗極了。孫紅雷傻了，看著美女不知說什麼才好，半天才冒了一句：“你，你長得可真年輕啊！”
後來相熟之後，鞏俐才告訴他當天對他的感覺：他那身衣服看得她難受了半天———大熱天的，都不知道他是怎麼穿衣服的。
繼《周漁的火車》之後，孫紅雷又拍攝了《軍歌嘹亮》、《征服》、《浮華背後》、《我非英雄》、《七劍》、《潛伏》、《人間正道是滄桑》等影視作品。一部《潛伏》，更是讓其捧上了2009年第27屆飛天獎“優秀男演員獎”的獎杯。