在離京畿如此之近的地方鬧起了兵變，而且兵變的士兵攜帶有當時最先進的武器，這不啻一個驚雷，朝廷上下大驚，崇禎親自下令登萊兩巡撫孫元化迅速解決此事。
剛剛用糧餉再次解決了皮島兵變的孫元化，對孔有德的叛亂並不慌亂，按照他的經驗，隻要糧餉發足，並不追究責任，兵變就很快能夠解決。
孫元化讓孔有德率部回登州，一切都好商量。而且孫元化與山東巡撫餘大成聯合發布命令，從吳橋至登州一路州縣，不得出兵阻擊孔有德。
孔有德似乎也聽從了孫元化的命令，雖然一路還是搶掠不斷，但還是向著登州方向回歸。沿途州縣也不敢攔截，讓出通道讓孔有德部通過，其中雖然孔有德部一度進入了當地駐軍的伏擊圈，由於沒有攻擊命令，朝廷一方錯失了殲滅叛軍的最好時機。
當孔有德走到萊州府時，以前與孔有德交往甚厚的萊州知府朱萬年卻緊閉城門，讓孔有德繞城而過，他已經識破了孔有德的詭計。果然，來到登州城下的孔有德部，突然亮出了詐降的真麵目，開始攻打登州城。
登州城從名將戚繼光的祖父輩就開始修建，是一座完善的軍港重鎮，它本來的作用是為了抗擊倭寇，同時也是明朝的海軍基地，登州城三麵是依海邊的山勢峭壁而建的陸地城牆，城頭排列著當時各種最先進的西洋火炮，另一麵是水城，城中有內港停泊著不久前朝鮮國王贈送給孫元化的四十艘戰船。
城中的守軍，一是登州總兵張可大率領的浙江兵，二是教授明軍操作西方火器的葡萄牙軍官團，三是與孔有德叛軍同樣出身的遼東兵。無論從城防設施，還是兵員素質，登州都可謂是固若金湯。
但就算孔有德擺出攻城的架勢，孫元化仍沒有放棄招撫叛軍的念頭，因為他不想自己組建的新軍從此分崩離析。正是他這種想法讓守軍不敢放手與叛軍決戰，在張可大的浙兵軍團稍嚐勝果後，孫元化就下令停戰，可叛軍卻抓住這個機會反撲，擊敗了張可大。
同時登州城內的遼東兵開始出現了倒戈。
遼東兵軍官中與孔有德並稱“山東三礦徒”的耿仲明，此時因他弟弟參與不久前的第二次皮島兵變，他正在登州城中被關禁閉隔離審查。由於缺少可用的軍官，孫元化讓耿仲明戴罪立功，前對勸降孔有德。
孫元化沒想到的是，孔有德已經讓登州的遼東降卒，潛回登州來策反耿仲明。
崇禎五年的春節之夜，遼東兵軍官耿仲明和陳光福，從內策應打開城門，叛軍從登州東門一擁而入。
登州淪陷，總兵張可大自殺殉國，孫元化自刎卻並沒有死，他被孔有德救活過來。
孔有德先勸孫元化跟自己一起造反，並發誓擁孫元化為首領，孫元化拒絕了。
念在孫元化以前的收留提攜之恩，孔有德沒有為難孫元化，而是將他釋放。
登州一戰，孔有德不僅收回自己舊屬兵力近五千人，還獲得三千匹馬，紅衣大炮二十多門，西洋炮三百門，以及一批火器和護甲。有了這些，孔有德實力大增。
登州陷落，天下震驚。
朝廷先是將戰撫皆不得力的山東巡撫餘大成和登萊巡撫孫元化下獄治罪，在對孔有德這一支叛軍，主撫和主剿兩派仍爭執不下。
主撫的一派有主撫的理由，因為實在抽不出可以平叛的部隊了，而且就算有部隊，朝廷也撥不出平叛部隊所需的錢糧。
主剿派的理由是，如果軍隊叛了就撫，那麼大明所有的部隊，就有可能有樣學樣，天下就會大亂。
就在主撫和主剿兩派繼續爭論的時候，孔有德的叛軍卻向萊州逼近，並將萊州圍住。
萊州城內，有朝廷新任命的山東巡撫徐從治、登萊巡撫謝璉，萊州知府朱萬年、還有從通州來援的總兵楊禦蕃。
城外，孔有德的叛軍有一萬多人，而且他們把從登州繳獲的紅衣大炮全都拉了過來。