最终于从文只从徐光启那里拿到了他的书籍著作，而孙元化已死，他的儿子们对大明十分失望，决议前去刘元昭那边效力。
他有三个儿子：孙和鼎、孙和斗、孙和京。孙和斗，屡次谢绝父亲部属的举荐，不愿为官，潜心整理父亲的文稿，编成《水一方人集》。
孙和斗也是被兄弟们劝着，要是崇祯发现他们在刘元昭把边，肯定会派人来找孙和斗，留在大明十分危险，还不如去刘元昭那边处理父亲的文稿。
于从文在一旁说道：“令尊曾为大明建设炮兵，吾皇也很重视，急缺像你们这样的人才，到了吾皇麾下，你们的才能就有用武之地！”
孙和斗叹了一口气：“去，是要去的，但是孔有德他们麾下有大批人原是我父亲麾下，有一群精锐炮兵，可惜了他们啊。”
于从文点头道：“你们放心，我这就向陛下请求支援，尽量救出这批炮兵。”
孙和斗拱手道：“如此，在下在此谢过。”
孙元化就是因为孔有德在登州的叛乱导致孙元化被杀，而孔有德最后投靠满清，为满清带去了先进的火器，以及炮手。
崇祯四年（1631）八月，皇太极率清兵攻大凌河（今辽宁锦县），祖大寿围于城内，粮尽援绝。孙元化奉命派兵赴援。
孙元化抚登时，辽人避战乱居山东者十万余人，孙认为辽人可用，重用了一批辽将，今要赴援辽省，急令孔有德以八百骑赶赴前线增援。
然登州辽东兵与山东兵素不和，孔有德抵达吴桥时，因遇大雨春雪，部队给养不足，士兵抢劫哗变。
孔有德受毛文龙旧部李九成之子李应元的煽动，在吴桥发动叛乱，史称“吴桥兵变”。
后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。
孙元化急令张焘率辽兵守登州城外，与总兵官张可大发兵抗击，两路成合击之势。
然张焘与孔有德旧识，张焘的兵卒随即投入孔有德行列，而张可大部大败。
与孔有德是旧交的登州中军耿仲明、陈光福等，举火开门响应。
崇祯五年（1632）一月登州失陷。总兵张可大自杀，孙元化战败自刎未遂，为叛军所俘。
囹圄中的孙元化对孔有德等叛将晓以利害，明以大义，孔有德回心转意，请求招安。
朝廷也同意孙元化带罪招抚，但巡按王道纯藏匿了诏书，叛军长时间求招安不得，复乱。
孙元化又说服叛军，让他回朝陈明真相。
孙元化返京之际，王道纯袭击叛军，乱事扩大。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。（《明史》卷248）
最后余大成、宋光兰、王征等遣戍充军，崇祯五年七月二十三日（1632年9月7日），孙元化与张焘同被处死。孙元化在北京西市斩首，年仅51岁。
他的冤死一事，被其子孙和斗写进了《国恤家冤录》一书。遗体被儿子和部下迎葬于嘉定南门外的荒圩中，坟前立有一方石碑，上书“佥都御史孙元化墓”。（宋伯胤《孙元化著述略述》）
汤若望曾在孙元化死前乔装成送炭工入狱探望，为其最后告解。孙元化是天主教徒，圣名依纳爵，一生重视西方科学，为西洋火炮专家，孙元化之死，代表西方军事专家派淡出明朝军队。
孙元化短短一生，有两事影响历史。一以炮术报效国家，近则有功辽防，远则有利西学传播。二开教嘉定。两事均与教士东来、西学东渐相关。