孔有德、耿仲明成了孙元化的得力干将。孔、耿对这位孙巡抚也有耳闻，知道他是个奇才，非凡人可比。毫不夸张地说，就是在整个明末的历史上，孙元化也占有重要地位，这不是因他政绩斐然，也不是有什么赫赫的战功，而是他对火炮制造方面的贡献，是位不可多得的技术专家。孙元化出生于嘉定，万历四十年举人，由于是个左撇子，字写得不算好看，但这不等于他写不出才华四射的好文章，只是不愿流俗于那种千篇一律的八股文得不到欣赏而已。青年时代，由于他对数学和西洋火器着了迷，考取进士时落了榜，干脆就放弃了功名追求，一心专研起西洋学问。他积极追随老师徐光启，成为徐光启最得意的门生。徐光启是科学界泰斗，一生热衷于西学，著有《测量异同》，《勾股义》，译著有《几何原本》，《泰西水法》，《农政全书》等。他是一位天主教徒，与传教士接触颇多，着手引进了一批西洋大炮，徐光启笃信天主教，做为弟子，孙元化也深受影响，相信此教义可“补益王化，左右儒术，救正佛法。”也接受了洗礼，成为一名虔诚的天主教徒。后来他引起朝廷重视是在天启二年，努尔哈赤率八旗兵攻占了广宁，朝中一片惊慌，当时不起眼的孙元化向中央呈上两份条陈，《备京》，《防边》，主张利用洋炮，筑城固守，向东步步推进，获得了朝臣的青睐，将其招入京城供职。后兵部尚书孙承宗出任蓟辽经略，就是采用了孙元化筑台制炮的主张，筑起宁远城，又荐孙从军辽东，协同袁崇焕守卫宁远，取得了宁远大捷的胜利。

然而此人过于清高，孤傲，不会巴结，又看不惯官场上的腐败风气，与袁崇焕一道，被权阉一脚踢出去，回到家乡嘉定，埋头研究西学。直到崇祯继位，袁崇焕复出，点名要伙伴孙元化辅佐辽东事务。孙因之复出，继续鼓吹制炮，以广宁为抗金前沿，积极张罗以辽人守辽土，以辽土养辽人，军队屯田以补充给养、节省兵饷。这听起来有点耳熟，好像袁崇焕的调子，其实袁那些主张其实就是孙元化的主张，而且是由孙最先提出来的，两人一唱一和，不过是袁比孙的名气要大一些。

崇祯三年，八旗兵从北京撤出，孙元化本是随孙承宗镇守山海关，到三月间突然被加封山东按察副使，五月，兵部尚书梁廷栋又任命他为登莱巡抚，孙元化因此到了登莱。同袁崇焕一样，孙元化也喜欢辽东兵，认为这些人身体强健，战斗力很强，与后金兵有一搏，他们流离故土，集国恨家仇于一身，是大明王朝对抗后金的一支生力军。孙元化一直有个理想，就是建立一支强大的炮兵和铳枪部队，再配置一支快速机动的骑兵，就可填补炮兵行动缓慢易受攻击的不足了，而这支炮兵、铳枪兵，尤其是骑兵，完全由辽东人组成，他们与女真人和蒙古人生活习性相近，是再合适不过的铁骑猛士。孔有德，耿仲明的到来，就使他的理想成为现实，因此他对二位将领深为器重。

登莱，自古就是风景名胜之地，充满了迷幻色彩，这里有著名的蓬莱海市蜃楼；当年秦始皇曾来此寻求过长生不老药，城边有著名的水城，是昔日戚继光大败倭寇的主要战场。做为书生，孙元化在军事斗争中没有多大建树，但对于兵器制造，却是黄钟大吕，为明朝的火器史上写下了浓重的一笔。明朝的军事制度，由最初太祖朱元璋时的将官执掌兵权，逐渐演变为由文官执掌兵权，文官辖制武官，再加派太监做为监军以防野心家生出不臣之心。事实也证明，此后真就没有一个武将谋反，而没实行这种制度之前，也没有人谋反。另一种演变，是由卫所世兵制改为募兵制，世兵，即从军人家属中世世代代征兵，实行屯田，以此解决士兵的吃饭问题，这节省了大量军费。但至嘉靖年代起，沿海倭寇猖獗，世袭士兵只会种地不会打仗的弊端就暴露出来了，在众多朝臣支持下，戚继光一改旧制，从民间募集强壮兵员，士兵们不用种地了，由朝廷供给饷银专事练兵，战斗力有了提高，同时也加重了朝廷的财政负担，士兵们由此养成了为银子而战斗的不良风气。随着明朝官场的堕落日甚一日，军官克扣兵饷，虚空冒领已呈公开化，士兵们因此不玩活计，直至演至为集体性哗变。到孙元化上任，西北，辽西多地的兵变他已见怪不怪，因而没有引起应有的警觉，在这方面他的神经确是有些麻木，感觉迟钝，不太敏感，况且这也不是他这种沉溺于兵器梦中的书呆子脑子里要思考的，他考虑的是威力强大的炮兵部队，一心要把登莱打造成坚不可摧的铜墙铁壁，而且朝中有徐光启和首辅周延儒一帮重臣为他撑腰，促使他不顾一切要把宏伟的事业干到底。

登莱一带常出现迷人的幻景，孙元化就在这幻景生发之处做着他的理想梦，他在各城墙上都建起炮台，安装上红夷大炮，加上有葡萄牙军事顾问团来此殷殷指导，登州城真的变了样，一眼望去，就像西洋的壁垒和城堡一样威武而且结实。但登莱这地方，与后金隔着茫茫大海，后金又没有强大的舰队，对小小的皮岛都束手无策毫无办法，如何能威胁到这儿，或像他设想的那样先占领此处转而进攻京师呢？实际上它就是个辽西和东江明军的后勤基地，更需要一支相应的运输力量，而不是城池和炮台。然而不论孙元化还是朝中别的什么大臣，都不曾有过这样的考虑，中国的历史上也从没有人把水兵或骑兵放在高于占绝对多数步兵的优先位置上，尽管万历年间在朝鲜与拥有庞大舰队的倭寇发生过惨烈的战斗。孙元化的心思就是要在登莱一带打造雄伟的城池和炮台，光是这一项费用的银子他还不知费了多少口舌才争取来的，哪还有闲暇思考别的，这是历史的思维习惯造成的局限，何况夷人卖给明朝的只是安装在商船上的自卫炮而非军用炮，最先进的武器和技术，外人是永远不会卖给你的。女真人，蒙古人说汉人是蛮子，性格固执，甚至到了不说理的地步，孙元化就是这样一个蛮子，对炮兵的热爱已到了近于痴迷的程度。这个时代，大炮还是初级产品，杀伤力不是那样巨大，远没有达到能决定战争胜负的程度，发射需要点火，炮管多为铸铁，即笨重又容易炸膛，因此皇太极有一百个理由说：大炮在八旗铁蹄面前只不过是一堆玩具，当然这不影响他渴望得到这些大炮。