吴襄被削职，并没有给家庭带来根本影响。因为朝廷还允许他在军队中继续供职，戴罪立功自赎，而他也等待机会，以图东山再起。

就在吴襄被削职时，山东爆发了以孔有德、李九成为首的兵变。孔有德原任山东登州参将，后金兵围大凌河城时，受登、莱巡抚孙元化派遣，率八百骑兵出关赴援。行至河北吴桥，“兵乏食，肆掠村堡”，继而哗变。《贰臣传》，“孔有德传”。孔有德与李九成等密议，宣布起义叛明，率军回师山东，连陷临邑、陵县、商河、青城诸县城（今仍名，均在山东济南北）。次年（崇祯五年）正月，孔有德回师攻下登州（山东蓬莱），设官置署，他自称“都元帅”、李九成为“副元帅”、耿仲明等为总兵官。于是，整顿兵马，攻城略地，反明的斗争浪潮席卷山东。

山东近京师，关系甚重，孔有德起兵反明，使朝廷十分惊慌，急令保定、天津、昌平诸镇兵马会剿。官军连连遭到失败，朝廷一时手足无措。

六月初，户部右侍郎刘重庆、四川道御史王万象建议调战斗力顽强的山海关与宁远的辽兵来对付孔有德的“叛兵”。《庭闻录》，卷1，“乞师逐寇”。经朝廷重臣讨论，奏请崇祯批准。九日，崇祯下诏，命监视关宁总监太监高起潜督率副将祖大弼、总兵官金国奇等携数万兵马前往山东镇压。宦官本是皇帝的宫内奴仆，不能参与国家大政。但明自永乐时就起用宦官，特别是到天启时，将宦官放出宫，置于军队之中，命他们监视各级将领的一言一行，凡军情必请示他们而后行，名曰：监军。高起潜即是其中之一。崇祯即位，虽然镇压了以魏忠贤为首的阉党集团，却继续指派太监监军，此实为明末一大弊政。崇祯给吴襄一次立功赎罪的机会，特许以“戴罪立功”的总兵官随军出征。吴三桂以游击将军跟随父亲与舅父祖大弼参加“平叛”。

辽兵不愧为一支劲旅。八月十九日，辽兵与孔有德部首先战于沙河（山东掖县城西），将对方击败；三十日，推进至白马，双方大战，孔有德寡不敌众，被迫后撤，退守登州。辽兵乘胜前进，于九月一日兵临登州城下，迅速将全城包围起来。开始，孔有德遣兵将出城交战，企图打破明军的包围。到十一月，孔有德连续于二十一日、二十七日两次组织突围，结果都被逐回城中。副元帅李九成不幸中弹阵亡，兵士也多有损失。“叛军”处境越来越困难。祖大弼与金国奇，吴襄指挥明军严密围困，欲把他们困死于城中。

从明方的战报中看到，吴襄作战勇敢，往来冲杀，表现出色。关宁监军太监高起潜为他题请，朝廷当即恢复其原总兵官职务。《明清史料》首册第1本，“督发关宁援兵太监高起潜题本”，参见《庭闻录》，卷1。

明军围城已经三个月了，城内士气低落，对于能否坚持下去，逐渐失去信心。孔有德决定再组织一次大规模突围，“决一死战”，以求得一条生路。不料十二月二日，一名叫洪成训的士兵，乘夜逃出城，投降了明军，并泄露孔有德将于三日夜从城西门出城突围。

总兵官金国奇得到这一重要情报，急与监军高起潜、吴襄等重要将领定计，分设埋伏，其余各营将士皆“披甲上马预备”，又调来300名火器手埋伏于山前，专轰击孔有德的大队人马。

三日，天将黎明，孔有德悄悄率军倾城而出，计马步兵七八千人，分作三股突围。官军也分三路埋伏，准备迎击。金国奇与高起潜、吴襄率领副将以下，至千总、把总等大小将官40余员为其主力，挡住孔兵出城的要冲。三桂也在这众多将领之内，参加对孔兵的伏击。

孔有德完全不知道突围计划已被泄露，明军已作了围剿的准备。他率部放心大胆地出城，行至金国奇部的埋伏圈，明军立即挥红旗迎战，截住厮杀。顿时，喊杀声响彻黎明的晨空，枪炮声同时大作，震得大地不禁抖动起来……

金国奇、吴襄部刚一交战，祖大弼率部从东南方向飞驰策应。孔军抵敌不住早有准备的明军的四面堵截，无法突围出去，便拨转马头，向城内疾退。明军穷追至城下，力图一举破城，但城上“炮石如雨”，无法靠近城下。金国奇只好传令，举号收兵回营。《明清史料》首册第1本，“监视登岛等处太监吕直题本”。

登州北面临海，官军无法围堵。就在兵败退回城的当天夜里，孔有德决定从海上逃走，率余部连同全部家属共万余人，分乘数百只船，航海辽东，投奔后金去了。

登州已是一座空城，很快就被明军占领。关宁援山东之役，历时近一年，就这样结束了。吴襄在这次战役中，总算没有辜负崇祯和朝廷的期望，实心任事，勇敢作战。所以，他不但恢复了原职，还于七月间被授为都督同知，荫一子锦衣百户世袭。《庭闻录》，卷1，“乞师逐寇”。吴三桂在上百员战将中，他是资望最浅、年龄最小的一个，地位不显。目前，还没有看到有关史料具体反映他在这次战役中的表现，但可以想见他一定不会放弃这个立功的机会，必能施展出他的敢战、冲锋陷阵的本事。特别是有他的义父高起潜监军，父亲在军中任高职，立功受奖，这就使他在明将中处于很优越的地位。不言而喻，三桂此次军事实践，为他以后的提升奠定了基础。