孟元阳早年从军于陈许军中，治军
整肃，尽心于职事，擅长安排事务。至
贞元二年（786年）曲环出任陈许节度使时，孟元阳已成为陈许军中的大将。曲环命孟元阳监督开辟西华屯，孟元阳在盛夏时仍穿着草鞋，站在稻田间，每次都是等众人劳作完毕才离开。所以其营田长年丰收，使陈许军的食粮丰足。
贞元十五年（799年）八月，曲环去世。
淮西节度使吴少诚趁机入侵许州，为营田副使
刘昌裔所败。吴少诚转而包围西华，孟元阳环城固守。吴少诚虽“围甚急”，但始终无法攻下西华，最终撤军。
贞元十六年（800年）七月，蔡州四面行营招讨使
韩全义大败于广利城，退保五楼，随后撤回陈州。当时，各道讨伐军大都逃回本镇，只有孟元阳及神策都将苏元策、宣州都将王干等人各率所部屯守溵水，力拒叛军。同月，孟元阳等与淮西军交战获胜，斩杀两千余人。十月，吴少诚因兵锋已折，便撤回蔡州。朝廷论功，任命孟元阳为陈州刺史，加
御史大夫。
永贞元年（805年）九月，孟元阳升任怀州刺史、河阳三城孟怀节度使，加检校尚书。
孟元阳后入朝任右羽林统军，封爵赵国公，食邑三千户。翰林学士
白居易认为此任命赏不酬功，朝廷随后升孟元阳为左金吾大将军，复除统军。
贞元十五年（799年），
淮西节度使吴少诚趁陈许节度使曲环之际，入侵许州等地。孟元阳驻军西华，环城固守，成功击退淮西军。
李绛：伏望圣恩断在不疑，与重允（
乌重胤）河阳，足以赏逐从史效，与元阳泽潞，足以压河北诸侯之势。朝廷收得威柄，承璀免有负忧责。（《论泽潞事宜状》）
白居易：①孟元阳夙怀武毅，累著功庸，威名甚彰，人望所属。以之为帅，必惬军情，以之讨贼，必有勋绩。（《与承璀诏》）②以卿有淀水之勋效，有河阳之政令，思之甚熟，无以易卿，宜领重藩，仍迁宗秩。（《与元阳诏》）③孟元阳是朕信臣，为国良将，威略可以摄凶孽，慈和可以牧师人，累著忠勤，克谐朕命，为其主帅，必副群情。况卿等同嫉奸邪，久困贪暴，宜以仁贤之帅，抚卿忠义之军，靖思元阳，无出其右。（《与昭义军将士诏》）④右，臣伏以孟元阳溵水有功，河阳有政，自到泽潞，戎事颇修，但以老年，事须与替，比诸流辈，事迹不同，今所除官，合加优奖。……况元阳功效忠勤，天下有数，今以无能者一例除改，无所旌别，臣恐今日已後，无以劝人。（《论孟元阳状》）