孔有德带去后金的战船大炮成为明朝的威胁，统领关宁军、天津水军的协剿总兵周文郁会同皮岛副将沈世魁从各自军中选拔精通水性的士兵，一共选了二十六人，这些水兵于六月二十七日夜悄悄潜入孔有德叛军船队投降后的驻泊地，放了一把大火，烧了不少战船。

孔有德、耿仲明自镇江堡登陆后，皇太极派贝勒济尔哈朗、贝勒阿济格率兵前往接应，将二人一路护送到沈阳。皇太极亲自出城十里迎接，孔有德、耿仲明的叛变带来了后金做梦都想得到的战船、大炮。战船虽然大部分被明军击沉，又被明军派人放火烧了很多，但仍剩下一些；火炮也在明军的追击中损失过半，但也还有30多门。有了战船、大炮，之前想干干不成的事，这回就能干了，这其中就包括进攻旅顺。因为旅顺的特殊地形，进攻旅顺必须有水军，后金早就想攻旅顺，只是苦于缺乏战船、训练有素的水军和攻城的火炮、熟练的炮兵，这下全齐了。

崇祯六年（1633）六月十九日，皇太极派贝勒岳托、贝勒德格类率领大批兵马在孔有德、耿仲明的引导下进攻旅顺。孔有德为报海上截杀之仇，也为在皇太极面前邀功，在攻打旅顺的战斗中充当先锋，特别卖力。

七月初一，后金前哨500多骑兵出现在旅顺外围，随后八旗军占领黄金山，在山上架设火炮，炮轰旅顺，一连轰了三天。

七月初四晚，后金兵将5门西洋大炮及数辆战车、云车推到城下，发起总攻。后金兵架起云梯争先而上，守城明军不停地向城下投掷火罐、发射火炮，对靠近城墙的敌兵发射火枪，已经顺着云梯往上爬的就用弓箭射、石头砸。双方激战两天两夜。后金军攻得猛烈，明军守得顽强，多次击退后金军的进攻，城下后金兵的尸体堆积如山。

七月初六，黄龙组织明军出城反击，连续反击3次，但因为兵力对比悬殊，还是被迫退回城内。此时，几天的鏖战下来，明军的火药弹药消耗殆尽，形势万分危急。黄龙对部将谭应华说：“你拿着我的官印去登州，如遇敌人，就把大印投到海里，千万不能落入敌人手里。”谭应华接过大印，立即赶往登州，黄龙则继续指挥明军苦战。

当天夜里，后金兵死命攻城，明军拼死守御。后半夜四鼓时分，后金兵偷偷用木筏漕船在旅顺河北渡海到蔡家口等处时，被明军哨兵发现，黄龙立即派兵迎战。但为时已晚，后金兵已经登岸。此时，另一支后金军从城东北角杀进城内，明军同进城的后金军在城里展开激烈的巷战。双方在城里逐街逐巷地反复争夺，明军虽然顽强，但涌进城的后金兵越来越多，黄龙见大势已去，不愿被俘，自刎殉国。

到初七早晨，经过一整夜的厮杀，旅顺守军全部为国捐躯，持续多日的血战才落下帷幕。后金为夺取旅顺要塞，也付出了战死4000多人的代价。后金军攻占旅顺后并没有一走了之，而是派兵驻守。旅顺落入敌手，登莱与东江诸岛的联系被切断，广鹿等沿海诸岛的军民人心惶惶。