吴桥兵变的背景是崇祯三年，袁崇焕杀死了皮岛总兵毛文龙，引起了岛上将士的哗变而发生的。由于后金的崛起，明朝在山海关之外的势力几乎全部被后金荡尽。但由于袁崇焕的英勇抗击和毛文龙的地理优势，使他们两支军队，成为了关外唯一能和后金抗衡的军事力量。随着宁远和宁锦之战的胜利，袁崇焕被崇祯皇帝重用，升为了蓟辽督师和兵部尚书，节制关外的军队。和袁崇焕的关宁铁骑不同，皮岛的军事势力是相对比较独立的，因此毛文龙除了向朝廷索饷之外，其他的事情一概不向朝廷汇报。鉴于毛文龙的骄横跋扈，袁崇焕设计诛杀了毛文龙。
毛文龙死后，皮岛的将士们不干了，开始发生哗变。为了有效地节制皮岛的兵力，朝廷又派遣孙元化去领皮岛总兵之职位。孙元化是原来跟随孙承宗镇守山海关的将领，后来孙承宗被调任之后，孙元化成为了山东按察副使和登、莱二州巡抚。他接收了毛文龙的部将孔有德、耿仲明、李九成、李应元等人。后袁崇焕因为被崇祯皇帝杀害，后金的骑兵趁此机会，开始向孙承宗和袁崇焕构筑的关宁防线进攻。时关宁军的将领祖大寿正在大凌河城内修筑城池，被后金军队围困在城内。孙元化下令让孔有德率领八百铁骑前往大凌河救援，当孔有德行至吴桥的时候，发动了兵变。
在一些文史中提到，袁崇焕诛杀毛文龙是一种错误的行为，而崇祯诛杀袁崇焕，其中一条罪名也是擅自诛杀大将。但是从吴桥兵变的背景中可以发现，毛文龙遗留下来的将领，在毛文龙死后都不受节制，可见皮岛兵忠于的对象不是朝廷，而是某个个人。吴桥兵变过程是从崇祯皇帝诛杀袁崇焕开始的。在后金的反间计下，崇祯诛杀了其大将袁崇焕，而后金趁此机会，开始向明朝的关宁防线发动了猛烈的进攻。关宁军的将领祖大寿被后金军围困在大凌河城内，朝不保夕。
东江皮岛总兵孙元化得到朝廷的号令后，派遣孔有德率领八百骑兵去大凌河城增援祖大寿。当孔有德所部行军到吴桥时，恰好降下了一场大雪，军队行进不便，只好暂时停留下来。吴桥属于山东境内，登州的士兵和山东的士兵向来有矛盾的。这时又发生了一名士兵抢夺山东望族王象春家仆一只鸡的事情。他们把这名士兵抓起来游营，于是东江兵就杀死了王象春的家仆。王象春的儿子不肯就此干休，要求查明真相。恰好此时，李九成把孙元化给他买马的钱用光了，他怕孙元化怪罪，因此就鼓动孔有德哗变。孔有德因袁崇焕诛杀毛文龙的事情，心中对朝廷多有不满，因此在吴桥发动了兵变，连续攻克了山东几座县城，并且把那里的总兵黄龙抓了起来，割掉了他的耳朵和鼻子。
吴桥兵变的发生，让朝中的许多大臣纷纷上书弹劾孙元化，说他放纵孔有德。这时孔有德又率军杀了回来，直逼登州。孙元化急忙令张焘前去登州防守。但是张焘和孔有德是旧相识，因此也加入到孔有德哗变的阵营里，他们一起攻克了登州，俘虏了孙元化。后祖大寿从大凌河成脱困，率军南下和孔有德所部交战。孔有德岂是管宁铁骑的对手，很快就被祖大寿击败。走投无路的孔有德，只好向投奔后金，吴桥兵变以明军胜利告终。吴桥兵变虽然最终以明朝的胜利而告终，对于明朝和后金来说，吴桥兵变影响却是很大的，这造成明朝方面的人才和火器的大量流失。
吴桥兵变的时候，明朝和后金已经先后交战了好几年，袁崇焕依靠红衣大炮将后金的军队抵挡在山海关之外。叛将孔有德率领着其一帮叛军，一路连下山东的好几座城池，令明朝方面不能坐视不理，因此派出关宁军前去镇压。在祖大寿和张韬等人的镇压下，孔有德于崇祯五年八月在沙河战败，走投无路的孔有德只好投降后金。在孔有德和耿仲明给皇太极的降书中称，其有甲兵数万，轻舟百馀，大炮、火器俱全。也就是说，叛军将大量的明朝火器带到了后金，使后金军队的装备也大幅度提升，从而使得明朝在火器方面失去了优势。而在后金入关后，一路南下，依靠的就是孔有德的这批火器。
在战略方面，吴桥兵变影响着后金和明朝之间的局势。原本明朝依靠东江牵制后金的后方，但吴桥兵变后，山东腹地遭到了叛军的蹂躏，登州的局势彻底崩盘，因此从实质上来讲，东江的牵制作用已经失去，明朝在关外的军事力量只剩下唯一的一支队伍关宁铁骑。在清军入关后，孔有德、耿仲明等人，成为了清军的马前卒，一路攻下南明的多座城池。在平定江南，扫清西南的多次战役中，孔有德都起到了决定性的作用。直到顺治五年，孔有德在和南明的军队交战时，被南明的名将李定国击败，在桂州城内引火自焚才宣告结束。