Trong tiểu thuyết Tam quốc diễn nghĩa của La Quán Trung, Tôn Hoàn xuất hiện ở hồi 82, giữ chức An Đông tướng quân. Tôn Quyền hỏi kế đánh Lưu Bị, Tôn Hoàn ỷ mình có hai mãnh tướng Lý Dị, Tạ Tinh, xin được ra trận. Tôn Quyền khen Hoàn là anh hùng, phong làm Tả đô đốc, cùng Hữu đô đốc Chu Nhiên dẫn 5 vạn quân tấn công Nghi Đô. Tôn Hoàn bị Ngô Ban nhiều lần đánh bại, phải chạy đến Di Lăng cố thủ chờ viện quân.[3] Chu Thái xin Lục Nghị cứu viện Di Lăng nhưng Lục Nghị không đồng ý: Ta vốn biết Tôn An Đông rất được lòng quân sĩ, chắc hẳn giữ vững được, không cần phải cứu chữa nữa. Đợi khi nào ta phá xong Thục thì ông ấy sẽ thoát thôi.[4]

Lục Nghị phá quân Thục, Ngô Ban, Trương Nam đang đánh Di Lăng thì Phùng Tập đến báo tin thua trận, yêu cầu các tướng rút lui để đi cứu Lưu Bị. Quân Thục đang lui thì quân Ngô kéo đến, Tôn Hoàn thừa cơ cho quân đánh ra, giết được hai tướng Trương Nam, Phùng Tập.[5]