最終于從文只從徐光啟那里拿到了他的書籍著作，而孫元化已死，他的兒子們對大明十分失望，決議前去劉元昭那邊效力。
他有三個兒子：孫和鼎、孫和斗、孫和京。孫和斗，屢次謝絕父親部屬的舉薦，不愿為官，潛心整理父親的文稿，編成《水一方人集》。
孫和斗也是被兄弟們勸著，要是崇禎發現他們在劉元昭把邊，肯定會派人來找孫和斗，留在大明十分危險，還不如去劉元昭那邊處理父親的文稿。
于從文在一旁說道：“令尊曾為大明建設炮兵，吾皇也很重視，急缺像你們這樣的人才，到了吾皇麾下，你們的才能就有用武之地！”
孫和斗嘆了一口氣：“去，是要去的，但是孔有德他們麾下有大批人原是我父親麾下，有一群精銳炮兵，可惜了他們啊。”
于從文點頭道：“你們放心，我這就向陛下請求支援，盡量救出這批炮兵。”
孫和斗拱手道：“如此，在下在此謝過。”
孫元化就是因為孔有德在登州的叛亂導致孫元化被殺，而孔有德最后投靠滿清，為滿清帶去了先進的火器，以及炮手。
崇禎四年（1631）八月，皇太極率清兵攻大凌河（今遼寧錦縣），祖大壽圍于城內，糧盡援絕。孫元化奉命派兵赴援。
孫元化撫登時，遼人避戰亂居山東者十萬余人，孫認為遼人可用，重用了一批遼將，今要赴援遼省，急令孔有德以八百騎趕赴前線增援。
然登州遼東兵與山東兵素不和，孔有德抵達吳橋時，因遇大雨春雪，部隊給養不足，士兵搶劫嘩變。
孔有德受毛文龍舊部李九成之子李應元的煽動，在吳橋發動叛亂，史稱“吳橋兵變”。
后孔有德倒戈殺回山東半島，連陷臨邑、陵縣、商河、青城諸城，率兵直趨登州。
孫元化急令張燾率遼兵守登州城外，與總兵官張可大發兵抗擊，兩路成合擊之勢。
然張燾與孔有德舊識，張燾的兵卒隨即投入孔有德行列，而張可大部大敗。
與孔有德是舊交的登州中軍耿仲明、陳光福等，舉火開門響應。
崇禎五年（1632）一月登州失陷。總兵張可大自殺，孫元化戰敗自刎未遂，為叛軍所俘。
囹圄中的孫元化對孔有德等叛將曉以利害，明以大義，孔有德回心轉意，請求招安。
朝廷也同意孫元化帶罪招撫，但巡按王道純藏匿了詔書，叛軍長時間求招安不得，復亂。
孫元化又說服叛軍，讓他回朝陳明真相。
孫元化返京之際，王道純襲擊叛軍，亂事擴大。兵變發生后，朝中多言孫元化已反。
三月孫元化、余大成等人被逮至京師鎮撫司，為政敵余應桂、李夢辰、路振飛所陷害，獄中曾遭嚴刑。
至此，孫元化有口難辯，被崇禎以禍亂之首判處死罪。首輔周延儒欲免元化死罪，求救于徐光啟，終無法挽回。（《明史》卷248）
最后余大成、宋光蘭、王征等遣戍充軍，崇禎五年七月二十三日（1632年9月7日），孫元化與張燾同被處死。孫元化在北京西市斬首，年僅51歲。
他的冤死一事，被其子孫和斗寫進了《國恤家冤錄》一書。遺體被兒子和部下迎葬于嘉定南門外的荒圩中，墳前立有一方石碑，上書“僉都御史孫元化墓”。（宋伯胤《孫元化著述略述》）
湯若望曾在孫元化死前喬裝成送炭工入獄探望，為其最后告解。孫元化是天主教徒，圣名依納爵，一生重視西方科學，為西洋火炮專家，孫元化之死，代表西方軍事專家派淡出明朝軍隊。
孫元化短短一生，有兩事影響歷史。一以炮術報效國家，近則有功遼防，遠則有利西學傳播。二開教嘉定。兩事均與教士東來、西學東漸相關。