当李九成与孔有德率领叛军逼近登州，孙元化急令登莱总兵张焘率辽兵为主的登州兵出城与叛军交战，并调另一援辽总兵张可大出城夹击叛军。
但张焘与孔有德往日交情颇深，而且军中多为从东江过来的辽兵，两军交兵后，辽兵纷纷倒戈投向叛军，张可大部大败，不得不率着残军退守登州城。
面对城下叛军大军，孙元化依然寄希望于招安，并不顾张可大的反对而不断接收逃回城下的叛军，进而让城内城外的辽兵互通消息，与孔有德有旧交的城中耿忠明、陈光福等人，当晚举火为号，放叛军入城，从而导致坚固的登州府城在崇祯五年的正月便告失陷，俘获了城中军队近万人、马三千余匹、饷银十万于两、红夷大炮二十余门、弗朗机炮三百多门，以及小弗朗机炮手与铸炮师几十人，后都成了黄台吉与建奴的囊中之物，自此扭转了建奴无力攻打坚城的历史。
叛军在攻下登州府城后，开始部署营伍、伪授官爵，并铸都元帅印，推李九成为首、孔有德为副，耿忠明为都督。
叛军进入登州府城后，开始搜刮城中官员富户，尤其是曾经排挤轻视过东江军的人家，不仅钱财劫掠一空，男丁与女性老幼当场砍杀，年轻一点的被掳到军中淫乐，劫掠的钱财一部分当场分发给叛乱的将士，一部分用来诱反辽东半岛沿岸的东江守军，其中以盘踞在旅顺的陈有时与广鹿岛的毛承禄影响最大。
崇祯五年正月十三日，叛军攻破登州西南面的黄县，正月二十九日，新任通州总兵杨御藩率通州等兵会同王洪带领的天津兵马，与叛军在莱州府城掖县东八十里外的新城镇接战，因兵力悬殊，王洪天津兵马尚未交战便四散溃逃，导致杨御藩军大败，杨御藩仅率三百败兵退守掖县。
五年二月初一日，新任山东巡抚徐从治与登莱巡抚谢琏抵达莱州。
初三日，叛军抵达莱州城下，因莱州城城高池深，在试探了几次攻城后，选择了学黄台吉围点打援。
三月二十七日，兵部侍郎刘宇烈以都理的身份调集蓟州、密云等地的援兵与义勇两万五千余人向莱州进军，四月初二日，崇祯还让人从京中给刘宇烈送了六门红夷大炮。
但因刘宇烈等统帅不谙兵事，人马杂糅，纪律不明，调度无序，且粮草辎重遭叛军袭毁，最终在莱州城西南不远的沙河畔溃败，叛军不仅俘获无数，连新任山东巡抚徐从治也在此战中中炮身死。
五月初八日，原天津兵备道朱大典奉命巡抚山东，驻守青州调度平叛之事。
由于先后参与平叛的天津总兵王洪、保定总兵刘国柱、通州总兵杨御藩、蓟州总兵邓玘、登州总兵吴安邦、昌平总兵陈洪范、东江总兵黄龙以及义勇总兵刘泽清，均无力平寇，遂决定调山海关与宁远等地精锐进入山东平叛。
五月初九日，谕旨乃调关宁夷汉精锐五千人入关，由太监高起潜监军，总兵金国奇为帅，下辖靳国臣、祖大弼、祖宽、张韬、吴襄、吴三桂等将领，其中由投靠大明的女真夷丁军队战斗力异常强悍。
熟悉辽西军阀战力的东江军，在听说他们加入了平叛大军后，假意接受招呼，并要求登莱巡抚谢琏与莱州知府朱万年出城宣旨。
七月初七日，出城宣旨的知府朱万年被杀，巡抚谢琏被抓，从而要挟莱州城内军民献城投降，但遭到莱州军民拒绝。
七月初十日，山东巡抚朱大典与新任山东巡按谢三宾奉命都诸将进剿叛军，二十二日，陈有时在攻打平度时被杀。
二十三日，得知出城招安的登莱巡抚谢琏被抓，莱州知府朱万年被杀，震怒之下的崇祯帝将被逮入京师的孙元化与张焘两人弃市，主张招抚的兵部侍郎熊明遇解任听勘，刘宇烈拿解至京拷问。
八月十三日，朱大典等在昌邑誓师，合二万一千名马步兵，分三路向登莱进军。
十九日，两军在距莱州城五十里外的沙河发生激战，叛军大败东遁，莱州之围遂解。
此战虽胜，但杀敌不多，惟叛军撤回登州者亦不及十分之三，其余均乘机四散逃逸，在当时所掳获的兵籍簿上列有叛军共九万余人，知此乱的规模实非等闲。
而遭围城逾半年的莱州府城成功牵制了叛军主力，令其无法流窜它处。
八月二十日，李九成闻莱州兵败后，遂将软禁于登州的谢琏杀害。
三十日，官兵进抵距黄县二十里的白马塘，叛军倾巢来战，号称十万之众，其中包含马兵万骑。
是役，叛军再度惨败，有一万三千人被斩，八百人被俘，至于逃散以及坠海而死者，不下数万。
九月初一日，官兵各路俱至登州并开始围城。
登州三面环山，北面向海，为避免遭敌夜袭，官军乃以数日的时间构筑一道长达三十里之围墙，其高如城，东西两端俱抵海。
由陈洪范、刘泽清率步兵守西墙，吴襄、靳国臣等率骑兵接应，刘良佐、邓玘等率步兵守南墙，金国奇、祖大弼等率骑兵接应，牟文绶等率步兵守东墙，祖宽、张韬等率骑兵接应。
由于叛军拥有二十几门红夷大炮，且李九成素负骁勇，常出城搏战，双方往往以数千马步军配合火炮进行大规模野战，互有胜负。
因城上的火炮威力强大，且防守森严（如城中衢路不许辽人以外者任意行走，违者斩之，又每垛夜间均以五人一同防守，按更轮替，传箭警睡，不时还缒人至城外夜巡），官军数次攻城俱无结果，遂决定采行紧守坐困的策略。
十二月初三日，李九成率叛兵出战时殁于阵，改由王子登替代，因李九成勇谋均甚于孔有德，且叛变过程主要的攻守战役多由他与陈有时担任前锋，素为辽人所推戴，叛军士气于是大受打击。
崇祯六年正月，高起潜在挂榜山新筑铳城，并用红夷大炮轰击城内，令叛兵胆寒，京师于是决定自京城再赶运四、五门大炮。
由于城中日益乏食，孔有德乃于崇祯六年二月十三日乘船自海上遁去，垫后的耿仲明和毛承禄则于十六日潜逃。