万历四十七年(1619年)，由于各路将领的轻敌冒进以及互不协调，明军被努尔哈赤一一击溃，惨败于萨尔浒。明廷罢斥辽东经略杨镐，代之以熊廷弼经略辽东。熊廷弼令严法行，不到数月辽东守备大固，人心始安。
万历四十八年(1620年)，明神宗朱翊钧驾崩。熊廷弼便因陷入党争而被政敌诽谤以致被罢斥，改袁应泰经略辽东。天启元年，后金军一破沈阳，再陷辽阳，经略袁应泰自缢身死。在此危急关头，熊廷弼又被起用。
熊廷弼回朝伊始，力主在天津、登莱设置舟师，以备跨海乘虚进剿，动摇后金的后方。旋即，明廷于登莱设立巡抚及舟师部队，登州、莱州两地作为“备虏”重镇的地位被正式确立下来。
到了崇祯年间，明军与后金军的战斗进入到了拼国力、拼策略的拉锯状态。崇祯四年七月，为了进一步巩固辽东防线，明军将领祖大寿率领麾下1.3万余军士和大量民众修筑关外大凌河城。
皇太极于崇祯四年八月初六率领女真精锐将大凌河城层层包围。就在此战中，后金军开始使用俘获以及自制的红夷大炮和其他火炮进行攻坚战，大凌河城周围的墩台城堡非毁即降。祖大寿急报朝廷请派援军救援大凌河城。
明廷自八月二十二日前后接到求援战报后，便下令驻防皮岛的前协副总兵张焘率兵至旅顺双岛，与登州参将黄蜚以及孔有德部会师并进军至三岔河，相机登岸夹攻后金军，以解大凌河之围。
九月二十七日，登莱巡抚孙元化派出援军从登州水路起航，抵达三岔河的孔有德部报称河面已经结冰但未冻实，军队无法渡河。以此为借口，孔有德竟不顾大凌河明军死活，停军双岛至十一月初。
一筹莫展的明廷于十月二十三日再次发文催促登州调遣援军，自陆路发兵5000火速开往大凌河城。然而登州城内只有不足3000军士，登州火器营主力4200人都在逗留于双岛的孔有德以及吴进胜的手中。
无计可施的孙元化只得在十月二十五日，调拨小划船前往双岛诏谕孔有德部回登州。等孔有德部回到登州的时候，已经是十一月十四日了。于是，孙元化命孔有德与王廷臣先行自陆路北上。此时，大凌河城守军因弹尽粮绝，已在半个月前投降了。
此次援辽的队伍共有官兵 4472 员、马1061匹、骡515头、驼3只、牛 154头，所携装备有铁甲1985副、棉甲 564 副、中西大小铳炮1034门、火药5990斤、铅子2217斤。“从来援兵未必若此之盔甲、器械、锅帐、辎车悉全者。”
孔有德部自陆路出发后，沿途怠玩，丝毫没有火速前进的意思。崇祯四年闰十一月二十八日，当孔有德部抵达直隶河间府的吴桥县时突然发生兵变。
常见说法是，部队到达吴桥县以后，因补给无法满足，孔部步卒到吴桥县的乡绅王象春家偷食鸡犬，此事被王家告发后，孔有德惩罚这名肇事者穿耳游营。饥寒交迫的孔部官兵见此情形又惊又怒，遂发生哗变。
第二日，孔部千总李应元与其父李九成捆缚孔有德于演武场，逼迫孔有德谋反，孔有德最终被迫答应。于是，孔部叛军自吴桥县回戈东指山东，尽行劫掠，所过无遗。这便是震惊明末，改变了明清力量对比的吴桥兵变。
然而，《中国明朝档案总汇》中收录了一份极其珍贵的吴桥知县毕自寅的叙事奏疏，这份第一手资料记载了孔部过境的更多细节。
据称，吴桥县自崇祯四年十一月三十日左右到孔有德所部经过，陆续有援辽的山东队伍过境(当指前文中的王廷臣部)，一路上并无迟留。
闰十一月二十七日，有领兵官孔有德所率兵丁约六七百人于当日傍晚抵达吴桥县歇息，次日饭后继续向北出发。当孔部北行至吴桥县校场时，孔部突生变故，驻扎不前。
毕自寅急忙派人去孔有德军中催问缘由。只见孔部士兵将孔有德捆绑，口称孔有德不支粮饷，要求支给他们粮饷才能释放孔有德。
于是，毕自寅亲自到孔有德军营中劝慰军心，但是恼怒的士兵并不听从毕自寅的劝说。到中午，他们强行让毕自寅给予其饭食，之后下乡掠夺马驴十数匹。
毕自寅见状急忙命令县中衙役、保甲和丁壮等上城守御，以防不测。至傍晚时分，孔部终于拔营，声称回登州讨粮，随即南行。
很推想像，这样一支明朝寄予厚望创立、即使叛了孙元化还一心想招抚的西式火器部队，在开拔时会不带足粮饷。实际上，在孔部赴援辽东路过莱州时，史载莱州知府“知其必反”。可知孔部要么对朝廷极其不满，人尽皆知；要么在出城时，孔部的军纪就已经十分败坏了。
另据记载，胁迫孔有德谋反的李九成，是登莱巡抚孙元化派往晋陕等边地购马的官员。然而李九成却将购马款项贪污殆尽，自知难逃重刑，才最终生起了谋反的念头。
将以上记载串联起来后，吴桥兵变的前因后果也就清晰了：孔有德部沿途逡巡观望，以至于到了吴桥县就已经基本用完了所带粮饷。骄妄的孔部军士将孔有德带至校场捆绑索要粮饷，李九成父子自知死罪难免，亡命一搏。最终将官的野心与士兵的不满联系起来，促成了此次兵变。
孔部叛乱后，连陷陵县、临邑、商河、齐东等地，每到一处必劫掠当地府库，释放囚犯来壮大自己的兵力。当时巡历在平原的山东巡按王道纯距离叛军驻地很近，急忙移书济南的山东巡抚余大成，告知叛军谋反连陷州郡之事。
让人啼笑皆非的是，余大成居然还不相信，他认为孔部皆山东子弟，怎么会做出杀掠本省的事情？直到十二月初六，叛军攻陷青城以后，大梦方觉的余大成才终于意识到事情的严重性，急命山东各路部队集结会剿叛军。
但是孙元化却打算招安孔有德部，他移檄山东沿途各州郡，不许对叛军相加一矢，以表示朝廷招安叛军的诚意。雪上加霜的是，山东全省当时仅有老弱兵卒数千，兵力“空虚之极”。
因此，孔部叛军在山东境内纵横豕突，无人能挡，终于在十二月二十二日，到达登州城下，驻扎于登州城南的密神山。孙元化命令张焘率领辽东兵驻扎城外，总兵官张可大率领南兵拒战。准备充分以后，派人赴孔部军营招安。
这个时候孔有德等人终于露出了狰狞的面孔。他们不仅不接受招安，还连夜组织士兵攻打登州西城，登莱总兵官张可大连忙用大炮击退了攻城的孔部。孔部首战不利，士气受到了相当大的打击。
张可大陈请孙元化趁机发兵，一鼓作气消灭孔部叛军。然而孙元化却一错再错，他心怀侥幸，执意招安孔有德，拒不发兵。这样，明军在叛乱早期平叛的最后一个机会就此被孙元化放弃了。
明军任由孔部叛军休整了足足10天而不做任何准备。崇祯五年元月初二，孔部叛军再次兵临城下。又惊又惧的孙元化才终于觉悟，急命张可大的南兵与张焘的辽东兵合兵，与孔部战于登州城东。
张可大的南兵先与孔部作战，南兵悍不畏死，奋勇当先，连破孔部叛军数个兵阵。然而就在此时，配合南兵作战的张焘却因为怕死，率辽兵逃走。南兵依然殊死力战，最后几乎全军覆没，张可大仅以身免。
元月初三，投降孔有德的34名明军混入登州城内。夜半，和城内明军中军耿仲明、都司陈光福等人起兵为内应，与城外的孔部叛军里应外合攻下了登州城东门，最终占领了这座明廷经营十数年之久的重镇。
此时被孔有德占领的登州城中，尚有旧兵6000人、援兵1000人、马3000匹、饷银10万两，并有红夷大炮20余门、西洋大炮300余门，其余火器甲仗不可胜数。这些兵马军资皆为孔部叛军所有。
孔有德等人占领登州后，召集登州城内所有辽人，给他们发放兵器。其后，孔部叛军以及城内辽人，对登州城内的其他百姓进行了惨无人道的屠戮与奸淫。一时间，昔日繁华的登州城犹如人间炼狱。
经过天启、崇祯两朝的建设，登州已经成了名副其实的边防“第十镇”，和明朝传统九边镇城处于同等地位。但是这样铁打的登州城，就因孙元化、张焘的盲目、愚蠢的防御政策，在数千人的攻势下迅速瓦解。
孙元化是明末徐光启的学生，跟着徐光启学习西式科学知识。但孙元化等人迟钝的政治军事水平毫无意外地间接成就了后来崛起的清王朝，为大明朝的覆灭埋下了导火线。
崇祯皇帝直到登州城的沦陷时候才知道孙元化等人是何等的无能，他立即下令逮捕误国的孙元化以及张焘等人，并于崇祯五年的七月二十三日将孙元化与张焘斩首。
号称明帝国边防“第十镇”登州的陷落，使整个山东地区陷入了恐慌之中。只有莱州知府朱万年保持了十分清醒的头脑。十二月十三日，即叛军到达登州的10天前，朱万年便在莱州动员全城军民严守城池，做了十分充分的准备。在之后的登莱之战中，莱州城防御战成了吴桥兵变中明军最为耀眼的闪光点。
叛军占据登州后，孔有德和李九成自称“都元帅”，作为内应协助破城的耿仲明则被封为“都督”。辽东诸岛的明军也纷纷渡海至登州参与叛乱，原属毛文龙部的旅顺将领陈有时带来了8000人。叛军此时气焰极盛，叫嚣打下最后尚在抵抗的莱州以后，将南下攻取南京。
在主战派的劝说下，崇祯皇帝下定决心，同时调集了杨御蕃、王洪、刘国柱三位总兵官，发兵会剿孔部叛军。这三位总兵官的上司，正是庸碌无为的山东巡抚余大成。
余大成到达莱州以后，不思如何破敌，亦不敢再提招抚，两难之下居然每日闭门诵经以为避世，被时人嘲讽为“白莲都院”。在余大成消极的避战思想下，叛军越发认为朝廷不足为惧，气焰日益嚣张。
崇祯五年元月十一日，叛军发兵攻打黄县。黄县是莱州防御登州方向的最后一道外围防线，然而，昏庸无能的余大成却只在黄县部署了300老弱士卒。
此时的黄县守将是莱州参将张奇功，本应离任致仕；正值叛军扰乱，当即奏请守卫黄县，并在城内临时招募民兵守城。叛军到达黄县以后，开始了猛烈的进攻。张奇功守城有方，小小的黄县居然抵抗住了叛军两天的进攻。
元月十三日，在叛军持续攻击下，黄县南门被攻破，老将张奇功却依然选择战斗到最后，以身殉国。黄县沦陷后，莱州城彻底地变成了一座孤城。
莱州知府朱万年号召全城官民共御强敌，亲率兵丁守卫直面敌阵的南门。由于登州城内百姓在城陷后遭到了叛军惨无人道的屠杀，面对即将到来的莱州守卫战，城内乡绅抗敌情绪十分激昂，纷纷出力守卫莱州的东北、西南角。
崇祯五年元月十七日，明廷罢斥了昏庸无能的余大成，任命徐从治为山东巡抚，以谢琏取代孙元化为登莱巡抚。二人均是坚决的主战派，将在莱州城上演一场悲壮的保卫战，也让莱州城成了叛军的坟场。
元月二十二日，总兵官杨御蕃等人率援军抵达莱州城。经过一番休整和部署以后，总兵官杨御蕃、王洪、刘国柱尽全鲁之兵，誓师东征，向登州方向开进。明军与叛军正面作战的时刻终于到来了。
二十八日，明军到达新城，并在城外列阵。此时叛军有骑兵5000人、步卒10000余人，反观明军，虽然号称三位总兵官出征，但总兵力只有5000人，人数上已然处于劣势。
双方僵持两日，到了三十日中午，叛军遣兵7000余人冲击杨御蕃军阵，杨御蕃亲率兵丁隔着营壕与叛军对射。到了夜幕时分，叛军眼见无法突破杨御蕃军阵，于是留下2000骑兵困住杨部，其余转而攻打山上王洪所部的天津营。
二月初一，叛军督发步兵万余，架设红夷大炮与大将军炮围攻天津营阵地。王洪部在实力悬殊的情况下逐渐不支，就此溃败。叛军占据了山上的王洪大营后，完成对杨御蕃部的合围。
当日，叛军居高临下，用红夷大炮5门、大将军炮300余门从四面炮击杨御蕃军阵地。同时，叛军又派奸细烧毁了朱桥镇沿途的明军粮草。杨御蕃部彻底陷入了孤立无援亦无食的境地。
在叛军占据绝对优势的猛攻下，杨御蕃部居然坚持了一日一夜而不崩，这足以证明杨御蕃非凡的统兵才能。虽然此时叛军阵脚已乱，但杨部也到了弹尽粮绝的境地。
到了第二日，也就是二月初二凌晨，杨御蕃决定背水一战，突率全军纵骑直扑叛军中心大营，杀声震天，并举火器四面乱击。叛军的营防十分懈怠，突如其来的袭击让叛军摸不清明军到底有多少人，叛军陷入混乱。
杨御蕃率领部下奋力扑杀，最终打开一个缺口，成功突围。此战杨御蕃部在十分被动的情况下，依然取得了斩获敌军首级129颗，抢夺叛军旗帜14杆的战绩。之后，杨御蕃部有秩序地向莱州方向撤退。
二月初一，新上任的山东巡抚徐从治和登莱巡抚谢琏到达莱州。第二日，杨御蕃率部亦回到莱州城，并入城协守。杨部回城十分及时，就在二月初三，追赶杨御蕃部的叛军前锋——500骑兵进抵距离莱州城30里的平里店。
之后，由孔有德、李九成亲自率领大队人马陆续赶到，叛军号称10万，其中步兵9万人，骑兵1万人。叛军主力皆为辽镇诸岛来投孔有德的前明军将士，他们中间有众多骁勇善战的蒙古人和女真人。
叛军将莱州城团团围住，将两个大营分别驻扎在莱州城西部的福禄山和城东的砰儿坡，共扎营十四五处。夜幕时分，叛军所举火把将晚间的天幕都照成了白昼。这种场景让总兵力只有4000多的守城明军十分震撼和绝望。
二月初五，叛军移营至离城更近的演武场，发兵攻打莱州城的东北角。惨烈的莱州攻防战正式开始了！
叛军以俘虏的平民百姓为前驱，迫令他们搭架云梯或手执盾牌去填城外的壕沟，同时击发火炮压制城头明军。当时，叛军流矢若蝗，大炮轰隆声不绝，越过壕沟直抵莱州城下。
在此危急关头，杨御蕃与徐从治麾下亲军沉着应战，趁隙击发火器，屡次挫败叛军前锋登城的企图。叛军在第一天的攻城战中损失极大，一路骄纵的叛军遭到很大打击。
二月初九，恼羞成怒的叛军又开始了新一轮的疯狂进攻。叛军故伎重施，强迫难民搭设云梯、撞车，四面围攻莱州城。明军击发大炮和火器击退了叛军一波又一波的攻击。
叛军发现莱州城官员主战，将士用命，城防坚固，火炮齐全，一味地猛攻只会让自己的损失更大。于是从二月十日开始，叛军挖掘隧道，“几遍城壕”，并在很短的时间内修筑起了与城墙同高的数个炮台，与城内明军用大炮对射。
第二天，叛军再次加大炮击力度，并派军士在炮火的掩护下登城作战。总兵官杨御蕃身穿甲胄，冒着炮火上城墙督战。守城的明军齐齐呐喊，与登城的叛军展开了惨烈的白刃战。城上肢体横飞，死伤枕藉，明军毫不退缩，终于在傍晚时分击退了攻城的叛军。
从二月中旬开始，除了每日例行的炮击之外，叛军把重心全部放在了挖掘地道，企图炸塌城墙上来。整个二月份及三月份，叛军长达近两个月的炮击和挖掘并没有攻下危如累卵的莱州城，伤亡却越来越大。
三月二十五日这天晚上，战场异常宁静。明军为防止叛军突袭，每一个城垛上都摆放了数支蜡烛以及火炬。以往这个时候，双方依然在激烈地厮杀，但这天却很安静，仿佛空气都凝滞了，每一个人都在等待着最后一刻的来临。
突然，一声炮响毫无征兆地响彻云霄。此时，明军才发现，叛军占据了莱州城北的望海楼，并在楼上架设巨炮，“炮弹重十二斤者珠连不绝”，这是整个吴桥兵变中有记载的最重的炮弹。
在此等人力所不能违的“神器”面前，城墙上的明军伤亡惨重，不少炮弹还直接打进城中，造成了十分巨大的损失，临时赶制的城垛亦全部被打坏。
二十六日凌晨，总攻开始了。叛军派遣大量兵力急攻莱州城东北角以及四门。双方杀声震天，火把和蜡烛把夜晚都照成了白昼。叛军点燃隧道内的火药，只听一声巨响，莱州城东北角城墙轰然颓圮，完全暴露在叛军的攻势之下。
叛军见状调遣兵力顺着倒塌的城墙一路而上，与明军进行了激烈的城墙抢夺战，双方尸体几乎与城墙齐高。在激烈的战斗中，城头甚至几次插上了叛军的旗帜。城内百姓见状，以为城陷，纷纷大声痛哭，哀号之声响彻莱州城内外。
在此危难之际，川兵、湖广兵统帅彭有谟带着援军来到火线前，士兵枪炮交加，猛火齐下，将已经登上城头的敌军烧成了一个个火球，明军三次击退大规模登城的叛军。无法承受巨大伤亡的叛军终于在天明时分撤出了莱州城墙。当天以后，叛军继续围困莱州城，却再也未攻打过。
到了四月初二，事情似乎发生了转机。经过了漫长的争论与部署，早该到来的2.5万名明军援军终于抵达了沙河镇。崇祯皇帝为了表示平叛决心，还专门派遣中使送6门红夷大炮交付给抵达沙河的明军。
但是，以刘宇烈为首的三名明军统帅“俱不知兵”，初战告捷以后，不思进取，反而在沙河镇逗留不前。三路明军援军漫无纪律，又不成掎角，队伍十分杂乱。
叛军假意与明军媾和拖延时间，不久，急遣骑兵从小道绕到明军援军背后，将明军粮草焚毁殆尽并破坏了粮路。无能的刘宇烈不思稳定军心，居然命令大军“撤兵就食”，原本就是乌合之众的援军瞬间一哄而散。叛军趁机大掠，夺取了全部大炮和火药。
雪上加霜的是，四月十六日，山东巡抚徐从治在视察城防时被叛军的大炮击中头部，当场死亡。消息散播开来以后，明军的士气受到了极大的打击。
到了崇祯五年五月，明廷已经派遣了天津、保定、通州、蓟门、登州、昌平、东江、义勇总兵官八人先后赴援，但是均难有成效。叛军的猖獗也给一开始认为叛军不足为虑的明廷上下一个响亮的耳光。
六月初九，眼见莱州之围不解，山东等地频频告急，崇祯帝下旨命令辽东山海关及宁远等地的汉夷精锐4800余人入关赴援。辽东援军由监视中军太监高起潜监护军饷，总兵官金国奇为帅，指挥祖大弼、祖宽、吴襄、吴三桂等高级将领。
消息传到莱州，叛军当即同意与朝廷讲抚。为表示诚意，孔有德甚至命令叛军立刻停止炮击莱州城。七月初五，明廷的宣抚官员到达莱州城，孔有德亲自“叩迎”，并请求与莱州知府朱万年及登莱巡抚谢琏面谈撤军事宜。
可就在谢琏与朱万年来到叛军营门时，隐藏在暗地里的叛军士兵一拥而上，将谢、朱二人擒住。朱万年假装顺从，请叛军派出精骑跟随他到城下与守城者讲和，于是叛军精锐骑兵500人簇拥朱万年来到城下威胁守军。
朱万年来到城下以后，突然放声大呼：“叛贼精锐全都在这里，你们快点向我发炮！” 气急败坏的叛军遂将朱万年杀害。守城士兵见状纷纷发炮攻击叛军，城下500叛军骑兵被大炮打死过半，余者狼狈逃回了营地。
莱州连失两名核心人员，一时间人心惶惶。所幸，此时明廷的辽东援军也集结到位。八月十三日，新上任的山东巡抚朱大典等人到达山东昌邑，合马步兵2.1万人，分三路进剿。
八月十九日，明军辽东援军在沙河镇与叛军主力遭遇。孔有德亲率3000骑兵来战，明军前锋祖宽仅有骑兵500人，祖宽认为寡不敌众，应该暂时撤退。同行的靳国臣则认为，身为前锋，有进无退，于是拔刀大呼，驱赶后退的辽军前锋冲击叛军。
辽东军见状，纷纷奋勇直前，大声呐喊，直冲叛军大营。占据优势兵力的叛军居然无法抵挡，纷纷溃退，一路退至莱州城下。由于辽东援军勇武剽悍，叛军不敢与辽东军交锋，连夜向登州方向逃窜。
由于大批乱兵趁机脱离队伍逃逸，以至于叛军撤回登州时人数不及总人数的十分之三。此战明军夺获的叛军辎重、火器、装备堆积如山，并在所夺获的兵籍簿上获悉叛军人数一共9万余人，此等人数规模着实让人心惊不已。
长达7个月、数度令人绝望的莱州守城战终于以明廷的胜利而告终。消息传到京师，欢呼声震动天地。崇祯皇帝亦大喜过望，当即派发帑金两万两充作解除莱州之围的犒赏。辽东援军亦乘胜追击，接连收复被叛军攻陷的城池。
就在明廷上下欢欣鼓舞之际，叛军的大本营登州城却是一片愁云惨淡。损失了大量兵力和辎重的叛军当下便杀死了被囚禁在此的谢琏解气，一代名臣就此陨落。
八月二十八日，辽东军主力到达登州附近的新城镇，三十日，到达白马塘。叛军眼见明军步步进逼，决定倾巢出动，设伏于茂林两旁。叛兵乘辽东军无备，将其前锋奇兵祖大弼、靳国臣和吴襄等高级将领团团包围。由于叛军已将命运压在这最后一战上，其攻势异常凌厉。
在此千钧一发之际，明军监军太监高起潜急命前锋部队往回突围，同时令后军向前压上。明军前军和后军反而对埋伏的叛军形成了反包围，同时，高起潜调另一路骑兵袭扰叛军左右。在赫赫兵威之下，明军连续冲破叛军6个大阵，叛军全线崩溃。
此役，明军共斩得首级1.3万多颗，俘虏800余人，另有无数叛军投海而死，从而彻底摧毁了叛军的有生力量。叛军残部突围以后，踉跄向登州回奔。明军则乘胜追击，直抵登州西门之外。
九月初一，明军完成了对叛军大本营登州城的合围。登州城三面临海，粮草十分充足，且城中红夷大炮屡屡挫败明军的进攻。所以明军一面修筑长围防止叛军自陆路逃窜，一面在城外堆垒比城墙还高的炮台，日夜炮击城中，叛军死伤极大。
在明军凌厉且持久的攻势之下，叛军不但没有投降明廷，反做困兽之斗。十一月初三，叛军首领李九成亲率主力偷袭明军大营，明军将计就计合围了袭营的李九成部，最终阵斩李九成。李九成堪称叛军的头脑，他的死让叛军失去了反扑的勇气，终日在城中大哭以度日。
时间转眼到了崇祯六年，登州城内物资已经所剩无几，城中的叛军开始杀人为粮，以尸油作为蜡烛与明军死战，但“终无降心”。
二月十三日，明军开始攻击叛军所盘踞的岛屿。孔有德眼见大势已去，乘船北遁。此后，经过数月的准备，明军舟师部队共计5000人亦已调集完毕，叛军明白明军是想封锁登州大城背面靠海的登州水城，彻底隔绝叛军逃跑路线。
眼见最后的逃生通道要被明军切断，叛军主要将领孔有德也已乘船遁去，于是叛军首领耿仲明、毛承禄等人在二月十六日放弃登州城，乘着夜色以单船悄然向北方逃窜。
残余叛军眼见无法继续大城，便退守水城。明军随即从登州南门进城，收复了登州大城。叛军继续凭借地势和火器对明军做着激烈的抵抗。
就在双方胶着之际，二月十七日，正面攻城的明军不断用大炮轰击城内，监军太监高起潜亲率一小波明军乘着夜色来到登州水城的西南角永福寺内，连夜用铁锹挖掘洞穴。
黎明前，明军已挖掘到城墙根，洞穴深丈余、宽两丈。随即高起潜命士兵在洞穴内放置1500余斤火药，用药线点燃，在登州水城西南角炸开一面宽五丈的陡坡。
明军一拥而上，以期夺取城墙。城头叛军急忙投掷火罐等燃烧物，明军死伤惨重，奋力攻打一昼夜却未能克城。到了十八日黎明，叛军已经击退了明军数十次登城进攻。
此时，抚军朱大典、监军杨作楫、中军刘良佐三人亲临阵前督军，刘良佐手臂中箭不退，杨作楫更是亲率军士登城作战。明军大受鼓舞，军官纷纷亲自带队，四面围攻登州水城。
辰时(早上7—9点)，山东援剿总兵邓玘率领亲兵率先登城，并牢牢占据了城墙。终于在中午时分，叛军溃败，明军总算控制住了登州水城的城墙。
叛军从城头撤下以后，继续在城中和明军巷战。监护高起潜命令明军弓箭手舍弃弓矢，挟长枪与叛军接战(明军中弓箭手亦是长枪手)。在狭窄的巷弄中，叛军根本无法抵挡不断推进的密集长枪阵，不得不收缩兵力，退守蓬莱阁。
最后，明军抓住叛军的心理，趁机招降叛军，蓬莱阁中的叛军最终投降明军。此战，叛军被俘者千余人，投海死者四五千人。自此，明军完全收复山东全境。
此时，海上逃窜的叛军尚有孔有德亲兵700余名，耿仲明亲兵300-400名，又有精通火器的川兵400余名，善放红夷炮的红夷4名，另有数千叛军家属、掳掠上船的人口和无数的行李财宝。
孔有德带着这些剩余的追随者搭乘180余艘船向北，仍打着“占山为王”的算盘。他趁明军水师因缺乏船只之际，于崇祯六年二月二十二日，突率舟师包围旅顺，并以从山东掠夺来的“金帛子女”诱惑旅顺明军，邀其共同反抗明廷。但是旅顺的明军却丝毫不为所惑。
三月初五，明军舟师援军及时赶到，与叛军战于宗岛，明军击沉叛军战船3艘，生擒叛军将领方胜等17人。由于海上逆风，明军未能乘胜追击，叛军则逃窜至双岛海域以图再举。
在之后的一个多月里，明军舟师一路追击，屡败孔有德船队，叛军不得不再次遁逃于海上。值得一提的是，后来的清初三藩之一，当时还是明朝旅顺后营都司的尚可喜，在海上追击孔有德的历次战斗中，皆奋力发炮轰击四处逃窜的叛军，甚至击沉了载着孔有德家眷的船只。
最终，叛军开始往后金方向遁逃。崇祯六年四月十一日，自封“总提兵大元帅”的孔有德正式致书投降皇太极。信中仍傲然道：“本帅现有甲兵数万，轻舟百余，大炮火器俱全。”
皇太极得信大喜过望。
四月十五日，在后金军的重兵簇拥之下，孔有德和耿仲明残部在鸭绿江出海口投降后金。叛军全盛时期有9万余人，投降后金时仅有精壮官兵3643名。
皇太极对投降的孔有德叛军极其重视，他力排众议，率诸贝勒出沈阳城10里相迎，以女真最高礼仪“抱见礼”相待。皇太极是一代雄主，并非不知道孔有德书信中讲的是大话，他真正在意的是孔有德带去的十数门红夷大炮和熟悉西洋炮法的炮手及铸炮师。
孔有德等人归降后金以后，自成一军，称“天佑兵”，享受特殊待遇。孔有德不但为后金培养了大量炮手，铸造了数量十分可观的火炮，还一直充当着满人在明清战争中的先锋力量。崇祯六年六月，后金军以孔有德部为前锋，攻陷旅顺。
崇祯九年，皇太极称帝，改国号为大清，封孔有德为恭顺王、耿仲明为怀顺王，地位上与满洲“八和硕贝勒”相当。第二年，清军以孔部炮手为中坚力量征服了朝鲜。顺治元年，孔有德等人随睿亲王多尔衮入关，最终定鼎中原。
反观明朝，吴桥兵变以后，山东全境“残破几三百里，杀人盈十余万”，登、莱两重镇“村落为墟”，“城市荡然无复曩时之盛”，并损失了一大批优秀的将领和军士。
愈演愈烈的农民军起义，导致明朝北方的军事力量和社会结构崩溃。最终的结果就是清军入关后，明军在整个北方已经彻底没有可以抵抗清军的军事力量。可以说，吴桥兵变后，大明亡国的命运，已然在当时人们的意料之中了。
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