唐高祖李渊即位后，长子李建成被立为太子，但其功劳和威信远不及次子秦王李世民。于是太子就和另一个弟弟齐王李元吉联合，一起排挤和陷害李世民；同时李世民集团也不服太子，双方一直明争暗斗。公元626年 ，李世民在玄武门发动政变，杀死了自己的长兄太子李建成和四弟齐王李元吉，然后逼迫高祖李渊立自己为新任皇太子并继承皇位。李世民即唐太宗，年号贞观。
在"玄武门之变"中，孙伏伽站在李世民一边，为其鞍前马后，奔走效劳。李世民即位后，因功赐孙伏伽为男爵，食邑乐安。贞观元年，又提升他为大理寺少卿（相当于今天的最高法院副院长）。
孙伏伽为人正直，敢于直言上谏。针对隋朝灭亡的教训，孙伏伽上书唐高祖，建议皇帝在治国理政方面要做到：一、虚怀纳谏，励精图治，广开言路，选贤任能。二、不贪图安逸享乐。三、慎重选拔太子及诸王身边之人，防止小人谗言误国坏事。
孙伏伽指陈得失，毫无避讳，慷慨陈词，使唐高祖深受感动。唐高祖认为孙伏伽"既怀凉直，宜处宪司"，于是深得李渊器重，任命他为治书侍御史，同时赏赐帛布三百匹。
