Luân, Tú nghi kỵ Tề vương Tư Mã Quýnh, Hoài Nam vương Tư Mã Doãn. Tú bèn điều Quýnh ra trấn thủ Hứa Xương, thăng Doãn làm Thái úy nhằm đoạt binh quyền của ông ta. Quýnh đi, nhưng Doãn xưng bệnh không nhận chức. Tú sai Ngự sử Lưu Cơ ép Doãn, lại đòi thu hết quan thuộc của ông ta. Tháng 8 (ÂL), Doãn khởi binh đánh thẳng vào cung, Thượng thư tả thừa Vương Dư đóng Dịch môn, Doãn bèn vây tướng phủ của Tư Mã Luân, liên tiếp đánh bại Luân, nhưng lại bị Tư mã đốc hộ Phục Dận lừa giết đi [4].

Tú kiến nghị cho Tư Mã Luân được gia cửu tích, triều thần không dám dị nghị, Tú cũng được gia Thị trung, Phụ quốc tướng quân, Tướng quốc tư mã [4].

Tháng 11 ÂL, Tư Mã Luân theo ý Tú, lập con gái của Thượng thư lang Dương Huyền làm hoàng hậu của Huệ đế, bởi ông ngoại của Dương hậu là Bình nam tướng quân Tôn Kỳ có quan hệ thân thiết với Tú [4].

Năm 301, Tôn Tú sắp đặt đồng cốt, loan tin rằng Tư Mã Luân được Tư Mã Ý phù trợ, rồi làm giả chiếu thư, khiến Tấn Huệ đế thiện nhượng cho Luân. Luân lên ngôi, lấy Tú làm Thị trung, Trung thư giám, Phiêu kỵ tướng quân, Nghi đồng tam tư [3][5].

Tề vương Tư Mã Quýnh, Hà Gian vương Tư Mã Ngung, Thành Đô vương Tư Mã Dĩnh truyền hịch đòi trị tội thoán nghịch của bọn Luân, Tú. Hai người cả sợ, một mặt điều binh kháng cự, một mặt đêm ngay cầu khấn, còn sai người đến múa ở Tung Sơn, vờ làm thần tiên phù trợ Luân [5].

Trong lúc chiến loạn, Tú biết bá quan đều muốn tìm cơ hội giết mình, nên ở lại Trung thư tỉnh không dám ra. Đến khi quân đội của Luân thất bại, Tú cùng Hứa Siêu, Sĩ Y và con trai là Tôn Hội bàn bạc, nửa muốn dốc toàn lực tử chiến, nửa muốn thiêu hủy cung thất bỏ chạy, còn chưa quyết định thì Vương Dư làm phản, soái hơn 700 bộ hạ, lại kêu gọi túc vệ, cùng nhau tiến đánh vào Trung thư tỉnh. Bọn Tú đều chạy không thoát, bị chém lập tức [3][5].