Trong Tam Quốc diễn nghĩa, Tôn Lễ được giới thiệu là một tướng tâm phúc của Tào Chân và tham gia vào chiến sự phía tây chống sáu lần bắc phạt của Gia Cát Lượng. Trên thực tế Tôn Lễ chưa từng tham gia chiến sự phía tây.

Trước theo Ngụy chủ, ra săn ở núi Đại Thạch, bổng dưng có một con hổ dữ, nhảy xổ đến trước xe vua. Tôn Lễ liền nhảy phắt xuống ngựa, rút gươm chém chết ngay con hổ ấy, rồi được phong làm thượng tướng quân.

Trong lần Bắc phạt thứ nhất, Ngụy chủ Tào Tuấn sai Trương Cáp làm tiên phong theo Tư Mã Ý, một mặt sai Tôn Lễ và Tân Tỷ, hai người dẫn năm vạn quân ra giúp Tào Chân. Hai người vâng lệnh ra đi, Tư Mã Ý sai Lại sai Tôn Lễ, Tân Tỷ chặn giữ cửa hang Cơ Cốc, hễ quân địch đến, thì kéo quân bất ngờ ra mà đánh.

Trong lần bắc phạt thứ hai, Tào Chân sai Quách Hoài, Tôn Lễ chia ra giữ các mặt đông tây. Sau đó Tào Chân nghe tin chết mất Phí Diệu bối rối. Tôn Lễ, Tân Tỷ dâng biểu tâu với Ngụy chủ, rằng quân Thục lại ra Kỳ Sơn. Tào Chân hao binh tổn tướng. Tào Chân bàn nhau với Quách Hoài. Tôn Lễ nhận lời.

Tôn Lễ xin đi ra Kỳ Sơn, giả đò tải xe lương, trên xe chứa củi khô cỏ gianh, bỏ sẵn lưu hoàng diêm tiêu vào trong, rồi cho người nói phao lên rằng lương ở Lũng Tây vận đến. Quân Thục đang thiếu lương, thấy vậy tất ra cướp giật sẽ phóng hỏa đốt xe, lại có phục binh đánh tiếp ứng vòng ngoài.

Tuy nhiên Gia Cát Lượng của Thục biết được liền bày kế. Quân Ngụy biết tin quân Thục muốn đến cướp lương, vội vàng báo với Tôn Lễ. Tôn Lễ sai người phi với Tào Chân. Tôn Lễ phục quân ở cạnh núi, đợi quân Thục. Canh hai đêm ấy, Mã Đại dẫn ba nghìn quân, người ngậm tăm, ngựa khóa miệng. Đến thẳng mé tây núi thấy đoàn xe lương thì Mã Đại sai phóng hỏa.

Tôn Lễ vội vàng kéo quân đến nhưng bị Trương Ngực, Mã Trung dẫn quân đổ ra vây bọc quân Ngụy vào giữa trận, Tôn Lễ kinh hoàng, Mã Đại dẫn quân từ chỗ lửa sáng đánh lại. Quân Ngụy tan tác, chết hại nhiều, Tôn Lễ xông pha khói lửa, dẫn ít thương binh chạy thoát. Tôn Lễ ra mắt Tào Chân, kể lại chuyện bị thua. Tào Chân sai giữ vững lấy trại lớn, từ đó không ra đánh nữa.

Sau đó khi Ngụy Diên chém Vương Song, Quách Hoài, Tôn Lễ, Trương Hợp giữ các đạo Trường An. Trương Hợp về đến Trường An bàn với Quách Hoài, Tôn Lễ, để Trương Hợp ở lại giữ Trường An, Tôn Lễ ra giữ Ung Thành một mặt dâng biểu về Lạc Dương cấp báo.

Trong lần bắc phạt thứ tư, Tư Mã Ý đưa hịch ra Ung Lương lấy quân mã. Không mấy bữa, đại tướng Tôn Lễ dẫn quân mã các quận Ung Lương đến. Ý liền sai Tôn Lễ hẹn nhau với Quách Hoài đi úp cửa Kiếm Các. Tôn Lễ dẫn hai mươi vạn binh mã ở Ung Lương đến đánh giúp, đã đánh úp lấy cửa Kiếm Các. Quách Hoài, Tôn Lễ đến ra mắt. Tư Mã Ý sai Tôn Lễ và Quách Hoài dẫn quân đi hạ trại, truyền lệnh cho Quách Hoài, Tôn Lễ phục quân sẵn ở nửa đường, cuối giờ ngọ, quân Thục sang đò qua sông Vi Thủy đến đánh trại. Tôn Lễ giả thua rồi rút lui dụ quân Thục tấn công khi đó quân Ngụy sẽ phục kích bắn tên. Tôn Lễ thấy có quân Thục đến bỏ trại chạy nhưng Ngụy Diên biết đã có phòng bị vội rút quân về nhưng không kịp nên thất bại

Lần Bắc phạt thứ sáu, khi Quách Hoài, Tôn Lễ đang đánh nhau với quân Thục ở trên cầu phao. Tư Mã Ý dẫn quân đến, quân Thục rút chạy.