明崇祯四年、后金天聪五年（1631年）冬，孔有德在吴桥发动叛变。
孔有德倒戈杀回山东半岛，连陷临邑、陵县、商河、青城诸城，率兵直趋登州。其间，山东巡抚余大可托疾数日不能出，等到实在不得已了，才派遣中军沈廷谕、参将陶廷鑨率数千人往御叛军于阮城店，但山东兵不堪一击，“皆败而走”。
与此同时，与孔有德交好的东江镇旅顺副将陈有时和广鹿岛副将毛承禄（毛文龙从子）也起兵响应，该部一举发展为七八千人的大军，一度割据半个东江镇，企图与孔有德南北呼应，总兵黄龙一时间居然只剩下皮岛单基地和几个游击在苦苦支撑，“急遣尚可喜、金声桓等抚定诸岛，而躬巡其地，慰商民，诛叛党，纵火焚其舟”。
陈有时、毛承禄不能抵挡，败走登州与孔有德主力会合，留下部下高成友防守旅顺，以阻断关宁、天津两镇来的援军，为孔有德赢取时间。孔有德叛军逼近登州，孙元化急令总兵官张焘率辽兵守登州城外，遗总兵官张可大发兵（本部援辽浙军）抗击，以两路成合击之势。
但张焘与孔有德是旧识，开始交战后其兵卒随即投入孔有德行列，张可大部大败，登州中军耿仲明、陈光福等举火开门响应，明崇祯五年、后金天聪六年（1632）一月登州失陷。掳获了旧兵六千人、援兵千人、马三千匹、饷银十万两、红夷大炮二十余位，西洋炮三百位。总兵张可大斩杀其妾陈氏后，上吊自尽，孙元化自杀未成，为叛军所俘，时孔有德自称都元帅。城中葡萄牙军事教官有西劳经、鲁未略、拂朗亚兰达、方斯谷、额弘略、恭撒录、安尼、阿弥额尔、萨琮、安多、兀若望、伯多录等12人死亡，15人重伤。
孔有德念旧，二月将孙元化和宋光兰、王征、张焘等人放还。兵变发生后，朝中多言孙元化已反。三月孙元化、余大成等人被逮至京师镇抚司，为政敌余应桂、李梦辰、路振飞所陷害，狱中曾遭严刑。至此，孙元化有口难辩，被崇祯以祸乱之首判处死罪。首辅周延儒欲免元化死罪，求救于徐光启，终无法挽回。
不久以后，孔有德、耿仲明等人又攻破黄县，明廷急令谢琏为副都御使巡抚登莱，擢参政徐从治为山东巡抚，让徐从治驻守莱州城，以防备孔有德部西进。
崇祯五年（1632年）二月，孔有德部率军围攻莱州，徐从治与谢琏拼死抵抗，同时向朝廷求援。但自北京南下的总兵刘同柱，虽抵山东境内，却迟迟不敢到莱州解围，明主力部队的迟疑不前和主抚派的活动，更加助长了孔有德等人的气焰，他广招原部下，驻守皮岛的明将陈友德等3000人，也加入到叛乱的行列。叛军更是全力攻打莱州城。在徐从治、谢琏和莱州知府朱万年等的带领下，守卫莱州的军民“备刍粮，设守具，据敌数月”。在叛军的重重包围之中，尽管城中已到弹尽粮绝的地步，仍拒不开城投降。
七月，朝廷命朱大典巡抚山东，救莱州，派总兵吴襄率军连克招远、黄县，莱州之围方解。明军将孔有德叛军围于登州城中，命祖大弼、祖宽、张韬、吴襄、吴三桂等名将攻登州城，战斗进行得十分激烈，明副总兵丁思侯、裨将程仲文、祖邦楼在攻城中战死，叛军主要将领李九成也被明军炮火击毙。
孔有德率叛军近万人突围，弃城登船而逃。驻守在旅顺、长山岛、鹿岛的明总兵黄龙，预计孔有德兵败后必经长山、旅顺而投奔后金，早已严阵以待，周文郁等也穷追不舍。孔有德部在旅顺一带登陆后，黄龙率兵伏击，擒获孔有德部将毛有顺、毛承福等人，大败叛军。孔有德、耿仲明等率余部逃到盖州，转投后金。
崇祯六年、后金天聪七年（1633年）四月，孔有德率叛军及家眷多人在鸭绿江口与济尔哈朗、阿济格、杜度率领的后金兵会合，直到沈阳。由于孔有德带来了后金急需的舰队、红夷大炮及匠人，所以皇太极对他们的投降极为重视，亲率诸贝勒出盛京十里迎接，并使用女真人最隆重的“抱见礼”相待，仍以他为都元帅，安置东京（辽阳），自成一军，称“天佑兵”，给予特殊待遇。
见了皇太极说道：“辽东旅顺，乃是要塞，现在守备空虚，可以袭取。”皇太极遂发兵千名，偕孔有德、耿仲明二人往袭旅顺。过了数日，军中报捷，说是旅顺已下，杀死明总兵黄龙，招降副将尚可喜。
皇太极大悦，即令孔有德、耿仲明二人回国，留尚可喜居守旅顺。孔有德、耿仲明奉命回国，孔有德受封为都元帅，耿仲明受封为总兵官，尚可喜亦得封总兵。从此耿、尚、孔三将，居然做了大清的开国功臣。