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。