崇祯三年（1630年），孙元化调往山东，任登莱巡抚。一直对西方科学技术有着浓厚兴趣的孙元化开始在登州网罗西学人才，并组建了一支由27名葡萄牙人组成的西洋炮队。登州成为了当时明朝研制火器的中心。很多人认为中国古代的火器比西方国家差很多，这其实是误解。在当时，孙元化所掌握的火器技术都是从西方人那里学过来的，实际差距并不大。中国的火器技术真正和西方拉开距离，那是从清朝开始的，不过这已超出了本文的讨论范围，暂且不提。
如果历史一直按这个轨迹发展下来，不出几年，明军必将大量装备先进的火枪、火炮。到时候，无论是关内的农民起义军，还是关外的满清，都绝非明军的对手。只要战事平息，崇祯皇帝拥有几年休养生息的时间，明朝或许不会就这样走向灭亡。而且明朝受益于火器技术，自然会在这方面大加投入，中国和西方在武器方面的差距也不至于落后几百年。可是，历史没有如果。所有美好的假设，终究全都破灭。而这一切的始作俑者就是孙元化手下的一位将领--孔有德。
孔有德原本在明将毛文龙帐下服役。后来，毛文龙被袁崇焕矫诏所杀，孔有德带着一群人投奔了孙元化。崇祯四年（1631年）末，孔有德在手下将领的煽动下，发动了兵变，并和另一位将领耿仲明一起里应外合，抢占了登州。孙元化苦心经营的西洋火炮及制造技术，全部落入了孔有德叛军的手中。此后，孔有德凭借火炮的强大威力，席卷了大半个山东。
在此次兵变中，孙元化不幸成了俘虏，后又被孔有德释放。孙元化想要回京陈述兵变详情，让朝廷前往登州招安。可是没等他到达京城，就被锦衣卫逮捕了。朝廷中一些官员乘机落井下石陷害孙元化。刚愎自用的崇祯皇帝并没有珍惜这个国宝级的人才，他拒绝了辅臣周延儒等人让孙元化戴罪立功，发挥一技之长的建议，以祸乱之首的名义判处孙元化死罪。崇祯的这个决定，不但冤杀了孙元化，也断送了明朝一次绝处逢生的机会。
最终，孙元化在北京西市被斩首，死时年仅五十一岁。孙元化一死，明朝再没有精通西洋火炮铸造技术的专家，火器方面的研究戛然而止。而发动兵变的孔有德后来带着火炮以及制造技术投降了满清。最终，清军利用这些威力强大的火炮，轰开了明朝一座又一座的城门。
