登州失陷后果严重，叛军俘虏明军8000人、战马3000匹、饷银10万两、红夷大炮20—30门、西洋炮300—400多门，其余火器、甲仗不可胜数。掳获居民男女几十万，民间白银数十万两，奸*掳掠，并将东江镇总兵官黄龙家眷一家杀尽。作为抗金基地登州损毁，更严重的是中西交流的萌芽被掐断，徐光启等建立的新军中途夭折，先进火炮技术落入孔有德叛军手中。
叛军派人带着白银万两到东江镇的各个海岛诱降，旅顺副将陈有时先叛，广鹿岛副将毛承禄叛，辽东半岛沿岸的鹿岛、石城岛“兵民皆叛”，后果十分严重，因为光陈有时就有能战之兵八千。幸亏得总兵官黄龙积极行动，才大破陈有时于旅顺，斩杀叛军一千余级，迫使他率领残部七千泛海跑到登州投靠叛军。后来黄龙立即命令东江镇游击李维鸾，游击尚可喜联兵赶跑了高成友，并在旅顺驻扎军队，长山列岛海路得以畅通。他的功劳毋庸置疑。
攻克登州后，叛军将目标转向莱州，打算先取莱州，然后向东南推进，以逆时针方向攻克高密、平度、胶州、即墨、莱阳、文登，一统半岛割据一方。会后留下耿仲明以数千兵守登州，其余兵马前往莱州。
为了挽救危局，明廷新任命了徐从治为山东巡抚、谢琏为登莱巡抚，按照分工，谢琏在莱州城指挥作战，徐从治坐镇青州负责增援、后勤。叛军调来了几乎所有的红夷大炮，从四面向莱州城轰击。莱州城在知府朱万年的严密部署下，井然有序戒备森严，莱州军民正是依托于此，展开了保卫战。
莱州明军有骑兵900人，步兵3000-4000人，通州镇援兵300人，合计不足五千。另有千余民兵，装备为中式自制炮、佛郎机轻型炮共数十门。其他火枪、鸟铳、三眼铳和砲石、滚木等。指挥官有山东巡抚徐从治、登莱巡抚谢琏、通州镇副总兵官杨御蕃、京营神机营参将彭有谟、莱州知府朱万年。
叛军方面有骑兵5000人，步兵10000多人，
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大炮100余门，其他火器、弓弩、攻城器械无算。指挥官有都元帅李九成、副元帅孔有德、都督耿仲明、总兵官李应元、总兵官陈有时、总兵官“毛承禄。
二月初三，叛军从南门攻城，但由于莱州墙高15米厚13米，还有城防设施完善，奸细被肃清，所以叛军接连受挫，遂转向平度。平度在2月15日当天就失陷了，叛军随即四面攻打莱阳城，由于地形复杂和城墙坚固没能夺取。当地卫所虽然战斗力低下，但为了保卫家乡他们，为明军调兵平叛争取了时间。叛军头目除耿仲明留在登州筹备后勤外都在莱州，数万叛军集中400门大炮攻打莱州，又采取挖地道、筑土台等方式但都被破解，城内还组织了两次偷袭。有一次叛军差点火药爆破成功，幸亏及时防堵。叛军无法，只能围困莱州。
叛军久攻不下，分兵一部攻克平度后再回师攻打莱州。这次他们集中了炮火，主攻城的东北角，在炮火的掩护下，叛军不断地挖地道，想以此攻入城中。而城中则埋设了数口大缸，让盲人从中听出地道的方向后，守军向地道里灌水，淹死了敌兵。
叛军再次派兵在城边挖地道，挖成大洞后，用棺材装满火药置入其中，击发引火，爆炸后城墙被炸塌了数丈。叛军从城墙缺口处蜂拥而入，守军向拥入的叛军泼下沸油，再扔下火把，冲天烈焰下叛军死者无数。徐从治等再命人投下早已准备好的沙袋，堵塞缺口。守军打得也极为机动灵活，夜里，徐从治等又派出敢死队悄悄出城，从几个方向出击，击毁叛军的多座火炮，并颇有斩获。
不久，各地援军汇集青州，朝廷任命兵部右侍郎刘宇烈为总督，全权指挥各路援军。但刘宇烈也是个主抚的文官，不积极组织进剿，却被叛军的再次诈降迷惑，叛军借谈判之机，绕到明援军后路烧了重。刘宇烈大惊，率部拔营撤退时，被叛军在沙河杀得大败，神机营的火炮也落入了叛军手中。