唐武德初年，唐高祖李渊的女儿，即唐太宗李世民的妹妹生了病，十几位太医因误诊被杀，因为说她是孕脉。因此，京城的郎中纷纷逃离。后来李渊听说孙思邈有起死回生的医术，就立即传旨，宣孙思邈进宫给皇姑看病。圣旨一下，老百姓可慌了神，劝阻孙思邈进宫，不让去冒险，让他赶快逃跑。孙思邈很理解百姓的心情，但还是去了。孙思邈经过诊断，心里明白，只是当时不便说明。当高祖问皇姑所得何病，孙思邈不慌不忙地说：“吾皇放赦，民医方敢直言。”高祖暗想：“为皇姑治病，杀了十几位太医名医，人怨甚大，寡人无道，再不能这样下去了。”于是说：“赦卿无罪，只管说来。”孙思邈说：“皇姑患有孕脉，但不是人孕是花孕。皇姑经血来潮数日，到花园观花，被花精所扑，故而受孕。民医愿住皇宫，以观效验。”高祖随即准奏。
经孙思邈每日精心调治，过了些日子，皇姑终于分娩了，却生了个小狮子。孙思邈看此物，透明彻亮，五脏六腑均能看得一清二楚，便给此物起名叫“花蕊”。因它有研究人身经络的重要价值，皇姑便把它特赐给了孙思邈。孙思邈借此在总结吸取唐及以前针灸学的基础上，创制了彩色针灸经穴标准三人图，即《明堂三人图》。
他为了进一步研究药性病理，借用花蕊，有计划地把药物往它嘴里填，观察啥药走啥经，并记录下来。谁知，几根断肠草把花蕊肠子给弄断了。孙思邈非常悲伤，极为惋惜！后来药铺和中医大夫为了纪念“花蕊”在医药方面作出的贡献，用石头镌或铁铸成型，放在柜台，认真抓药，切勿有误，吸取教训，提防害命。故俗传：“皇姑未嫁却怀孕，药铺柜台摆‘花蕊’。”
唐太宗的长孙皇后，因难产而生命垂危。太医虽竭力医治，却不见效，急得太宗愁锁眉头，坐卧不宁。徐懋功建议请孙思邈来，“臣闻言他常到处采药，为群众治病，尤对妇科特长。疑难之症一经他手，皆能妙手回春，药到病除，且此人才学博通，养生有术”。太宗便让徐懋功遣使臣星夜召孙思邈进京。因不能接近皇后的“凤体”，孙思邈只能一边向宫娥问其病情，一边要来太医的处方病历认真审阅。之后吩咐取来一条红丝线，自己捏着一端，另一端穿过竹帘，系在皇后的右手腕上，为皇后“引线诊脉”。原来皇后是胎位不正，于是让宫娥把皇后扶近竹帘，孙思邈选定穴位后，猛扎一针，皇后疼得浑身一颤抖。不一会儿，婴儿呱呱出生了。皇宫内外好不高兴，对孙思邈更加敬佩。
贞观元年（627），唐太宗召见了孙思邈。此时，孙思邈年已80余岁，仍神姿焕发。太宗感到惊异，便走下宝座，见这位“年已老而听视聪了”者发自心底赞叹：“故知有道者，诚可尊重，羡门、广成岂虚哉。”并欲授予爵位，请留朝廷。但孙思邈“固辞不受”。太宗又赐黄金千两、金牌一面，孙思邈一一谢绝。他这种不慕名利的高尚品德，深受唐太宗敬佩，任凭他在民间自由行医。
孙思邈在京期间，唐贞观三年（629）太宗下诏，令魏征、令狐德棻等编修北朝与隋等五代史，“恐有遗漏，屡访之，思邈口以传授，有如目睹”。长安居住期间，孙思邈有机会接触宫廷古籍珍藏，博览群书，研究了大量文献，亲手绘成了我国第一部仰、背、侧彩色《明堂三人图》，“其十二经脉五色作之，奇经八脉以绿色为之”。他同唐初著名史学家，《周书》主编，历任礼部侍郎、弘文馆学士等职的同乡令狐德棻交往甚密，时常相聚，谈古论今。尤其是孙思邈把哲学思维和医学理论结合，阐发“妙解阴阳”、“慎以畏为本”等一系列真知灼见，早已超出医学范畴，令狐德棻非常折服。孙思邈在谈论中，也吸收了令狐许多文史方面的知识和编纂着述的经验。