官军总兵吴襄、陈洪范、杨御蕃、刘泽清、副将靳国臣、丘磊等分头迎敌，两军展开恶战，战斗极为激烈。官军人多势众，加之连胜之下锐气正盛，辽军与关内军合力将叛军杀败，直追至西北城下。叛军死伤惨重，从城门从夹道奔逃入城。
战斗极为激烈，官军副将丁思信、王之纲等五人阵亡，吴襄立功心切，冲锋在前，也身带一箭。
十一月初三黎明时分，叛军第二次杀出城来，领头的正是吴桥兵变的总设计师副元帅李九成，官军一拥而上，一阵厮杀，李九成被击毙。叛军败入城内。
李九成是孔有德之下第一人，向以凶狠彪悍著称，为叛军所崇拜倚重。他丧命之后，叛军人心浮动，再不敢出城交锋。
远在北京的崇祯皇帝想到东征将士三九寒冬，暴露于坚城之下甚是辛苦，特地发来皮衣胖袄以助将士御寒。并叙莱州解围和收复黄县之功，从金国奇以下俱有封赏，吴襄官复原职。
月底，官军统帅金国奇病故军中，高起潜保举吴襄接任。崇祯对吴襄此次入关平叛的表现甚为满意，下旨照准。这样，一年之后，吴襄又从白身士卒成了总兵老爷。
官军开始发动政治攻势，山东巡抚朱大典、巡按谢三宾各写书信命弓箭手射入城中，敦促投降叛军的原登莱部队阵前起义，回到朝廷阵营，并保证既往不咎而且必有重赏。
在官军强大军事压力下，这一手很是管用，原任参将马骢、被俘副将龚正祥等十六人秘密活动，准备里应外合接应官军。他们探得元旦之日，孔有德、耿仲明将会到水城进香，十六人设誓歃盟，决定届时乘机下手，夜间一齐携带兵刃，埋伏在水城城门内，准备生擒孔有德。不料被守门人告发，孔有德抢先动手把马骢等全部杀害。
李九成死后，叛军再未大股出城突围，但孔有德等久在关外，精于战守，城守井井有条、事事有法，官军也不敢轻易攻城。
开始时毛承禄守水城，孔有德守南城门，耿仲明守西城门，李九成守东城门。李九成死后，由王子登代之。城中大街要冲戒备森严，不许山东人及南人走动，以防内变。城垛用土石加高加厚，每口用五人轮班防守，夜间每人负责一更（两个小时）。并设有巡城官，用令箭巡逻以防守城军士瞌睡偷懒，一箭方过，次箭继至，城头士卒无敢寐者。垛口密集排列火炮、火箭、鸟铳等火器，并高悬巨石撞竿以抵御云梯，又不时缒人下到城外作为夜哨。官兵只要一近城，城上就会发觉，难以攻城。
朱大典、谢三宾并都住在登州城外五里蜜水山的一座破庙中，白天巡视军营，晚上处理文件，没有床榻，就在地上铺上干草睡在上面，和士兵们一样，不搞特殊化。
叛军经常在半夜派出零星部队进行骚扰，两位巡抚、巡按老爷晚上睡觉不敢觧甲，战马也拴在身边，一听得炮声就立即跨马下山督战。时值隆冬，海风夹着寒气，凛冽刺骨，官兵们冒雪冲霜，肌肤皴裂，身着棉衣皮袄还是冻得发抖。半夜寒时，士兵们围坐一团，烧芦席、喝烧酒取、高声唱歌以取暖御寒。
虽然城防严密，官军一时不敢攻城，但孔有德也无力突围。进入崇祯六年正月，官军围困登州城已达五月之久。孔有德、耿仲明如同瓮中之鳖，龟缩城内，一副坐以待毙之形。
照此下去，登州城将是大凌河第二，不过祖大寿可以降金，皇太极不但不念旧恶，而且奉若上宾。孔有德、耿仲明自知绝没有祖大寿这么大的面子，纵然献城投降，崇祯绝不会放过他们，到时求一刀毙命亦不可得，只能自求生路。
眼见得陆路不通，孔有德、耿仲明自然想到了水路。登州是一座水城，也是名将戚继光的出生地，戚继光年轻时曾在登州训练水师。通过东面的水城，可以直达大海。年前天津废将孙应龙来登州送死，被耿仲明缴获六十只大船，刚好派上用场。孔有德等密议多次，决定三十六计走为上计，从水城突围。
早在上年十一月，山东巡按谢三宾远远望见登州水城内竖立船桅，又挑浚板闸，放水进城，断定叛军似有遁海之意。
山东巡抚朱大典也认为叛军黔驴技穷，必从海道逃逸，一面命副总兵刘泽清把守水门，一面请朝廷伏兵海道邀截，但朝廷未加重视，没有另派水师在海面邀截。
崇祯六年（1633年）二月十三，孔有德、耿仲明率领叛军，携带家口从登州城东面的水门杀出。以缴获孙应龙的大战船开路，船头排列各式火炮，一齐向官军轰击，声势骇人。
刘泽清原是书生，二十岁时投军辽东，在袁崇焕账下做事。崇祯三年随军在京郊与后金作战，立有战功，后升为副将，在山东驻扎。前次孤军闯至莱州城下，被叛军杀得大败而逃，两根手指险些被削断，至今心有余悸。此刻见叛军突然从城内倾巢而出，势如疯虎，火炮猛烈，惊天动地，早就怯了三分。刘泽清本不是悍勇之将，他的部队又缺乏火器，根本挡不住叛军。三拳两脚，就败下阵来，孔有德没费周折突围而出，驾船由海路向北扬长而去。明军终于收复了已经失陷一年两个月的登州城，登莱叛乱总算平定。
看得孔有德带着叛军两万人，家属万余人，出了登州水城，跨海扬长而去，朱大典急得顿足捶胸，朝廷如果听他的建议在此海面伏一支水师，孔贼焉能逃脱？没办法之下，朱大典命官军以仅有的数只船下海追击，自然无济于事。
孔有德上了海面，暗自庆幸死里逃生，他对这一片海域并不陌生，当年追随毛文龙之时，不知多少次出没于这茫茫大海之上。他指挥船队一路向北而行，目标是关外的后金。
早在被困登州之时，孔有德就给皇太极写了三封书信，与其联络，但都在海上被皮岛总兵黄龙截获。此刻逃出登州，径直向辽东半岛航去，准备投奔皇太极入伙。
二月二十二，孔耿行至旅顺，纵兵攻击明旅顺守军，准备拿下旅顺作为投奔皇太极的投名状。