5月，被聘為總裝備部衛星技術專業組特邀顧問。
2003年74歲
1月，在北京參加國防科工委召開的2003年民用航天工作會暨探月工程籌備會，被任命為探月工程籌備階段的總設計師。
6月，被聘為哈爾濱工業大學科學技術研究院榮譽院長，學術委員會主任。
7月，被國院任命為國家中長期科學和技術發展規劃總體戰略顧問組成員。
同月，被國家廣播電影電視總局聘為高級顧問。
2004年75歲
6月，被聘為複旦大學名譽教授，並做中國航天發展情況的專題報告。
2007年78歲
1月29日，在北京陪同溫家寶總理、曾培炎副總理視察繞月探測工程進展情況。溫家寶總理提出四點要求：一要高度重視，全力以赴；二要安全可靠，質量第一；三要團結奮戰，大力協同；四要尊重科學，敢於探索。
11月26日，在北京參加中國首次月球探測工程第一幅月麵圖像發布儀式。溫家寶總理為第一幅月麵圖像揭幕並發表重要講話。發布儀式前，溫家寶等領導接見有關人員，溫家寶總理對孫家棟說：“家棟啊，你是身經百戰呀！”
12月12日，在北京參加慶祝我國首次月球探測工程圓滿成功大會。吳邦國主持，胡錦濤發表重要講話：“我國首次月球探測工程的成功，是繼人造地球衛星、載人航天飛行取得成功之後我國航天事業發展的又一座裏程碑，實現了中華民族的千年奔月夢想。”會前受到胡總書記的接見，胡錦濤說：“謝謝你！謝謝你做出的貢獻。”
2008年79歲
1月29日，在航天科技集團公司接受人事部尹蔚民部長、王曉初副部長的慰問。尹蔚民部長說：“感謝你為國家做出的貢獻，並向你致以崇高的敬意。”孫家棟表示：“感謝人事部的領導長期以來對航天事業的支持，深感人事部是我們科技工作者的家，我們會努力工作不辜負全國人民給予的厚望。”
15日，在北京參加溫家寶總理主持的國院第209次常會議。會議聽取了國防科工委張慶偉主任關於探月工程（二期工程）實施方案的報告，會議原則同意探月工程（二期工程）立項。
21日，在北京人民大會堂與胡錦濤等中央領導一起參加元宵文藝晚會。
23日，在北京參加2007年中國十大係列英才頒獎典禮。在頒獎典禮上獲創新英才獎。烏雲其木格副委員長為其頒發了創新英才獎杯和證書。
7月5日，在北京參加科學中國人2007年度人物頒獎典禮。在典禮上獲得“最受公眾關注獎”
11月3日，在海口文昌參加中國文昌航天發射中心項目與當地經濟社會發展高峰論壇。會上強調：文昌航天發射中心項目，將會為當地經濟的發展帶來豐厚的回報。一是提高了文昌地區的知名度；二是提升了教育的發展，科普教育要從兒童抓起，培養他們的興趣是關鍵；三是航天的發展將推動民族的凝聚力和全球華人的凝聚力；四是航天項目將會成為當地經濟社會發展的強大引擎。
2009年80歲
3月1日，在北京參加“嫦娥一號”衛星實施落月計劃。16時13分，衛星成功落在月球表麵的豐富海區域。至此，我國月球探測一期工程圓滿結束。
4月8日，吳卓副總經理等代表航天科技集團公司來到孫家棟家裏，向孫家棟祝賀80壽辰，並帶來中央政治局委員、中央書記處書記、中組部部長李源潮寫給孫家棟的賀卡。李源潮賀卡上寫道：尊敬的孫部長，在您80歲華誕之際，謹祝您生日快樂’健康長壽！
8月5日，在北戴河參加中央政治局委員、中央書記處書記、中組部部長李源潮主持召開的座談會，聽取專家對人才工作和人才隊伍建設的意見。他指出，要進一步解放思想、推進改革、創新機製、營造環境，充分發揮人才作為科學發展第一資源的作用，努力形成人才輩出、人盡其才的生動局麵。
9月30日，受國院溫家寶總理的邀請，出席在北京人民大會堂舉行的中華人民共和國成立60周年國慶招待會。胡錦濤、江澤民等中央領導出席大會。
10月1日，受中共中央的邀請，作為“兩彈一星”功勳獎章獲得者在北京與胡錦濤、江澤民等黨和國家領導人一起登上天安門城樓參加中華人民共和國成立60周年國慶閱兵觀禮活動。在天安門城樓上接受新華社記者采訪時，孫家棟動情地說：“預祝偉大祖國更加繁榮昌盛，取得更大成就，盡快實現全麵建設小康社會的目標。”
當晚，與胡錦濤、江澤民等黨和國家領導人一起在天安門城樓上參加中華人民共和國成立60周年聯歡晚會並觀看禮花澱放。
11月1日，與夫人魏素萍前往錢學森家中吊唁錢學森同誌逝世。在錢老遺像前獻上一束黃菊花並三鞠躬，以表達對錢老的懷念之情。
2010年81歲
1月9日，在北京人民大會堂參加紀念張愛萍將軍誕辰100周年座談會。溫家寶、劉延東、郭伯雄、梁光烈等領導參加座談會。
11日，在北京人民大會堂參加全國科學技術獎勵大會。榮獲“國家最高科學技術獎”“國家科學技術進步獎特等獎”。胡錦濤總書記為孫家棟和穀超豪院士頒發“國家最高科學技術獎”證書。李克強副總理主持會議，溫家寶總理發表重要講話。孫家棟代表全體獲獎單位和人員在大會上發言。會前，胡錦濤總書記接見獲獎代表，對孫家棟說：“祝賀、祝賀！航天工作做得很好。”孫家棟說：“感謝胡總書記對航天事業的關心，我們會進一步努力。”