拒绝孔有德的劝降，从登州出来后，孙元化径直投官而去。封疆失疆，罪不容恕，孙为官已久岂能不知？死则死也，也要用仅剩的气节给生命划上最后的庄重一笔。
入狱后，由于有内阁首辅周延儒、大学士徐光启的暗中关照，家人也极力疏通，加之他为官清正，狱卒牢头也未曾为难于他。但他总是夜不能寐，曾经以为肱股手足的部下屠戮登州的惨状一遍遍心头再现。黑夜中总仿佛伸出千万只手齐指自己，口口声声大喊还我命来！
所幸今夜月光皎洁，孙元化稍得心安。他举起无数次捶墙自伤的双手，默默地端详了一会，又放下来叹了一口气。他依靠在墙壁上闭上眼，恍恍惚惚进入了睡梦，似乎回到了往昔时日。
他仿佛看到自己在嘉定府田间河网嬉戏玩闹，一会追逐天上的蜻蜓，一会又去草丛里捕捉蚱蜢，这些虫豸用火烤过就是一份佳肴......；他又看到自己在书桌上写出一手漂亮的馆阁体，先生在身后不住点头......;他又看到了自己在发榜时内心忐忑不安又充满期待的眼神，以及中举后欣喜若狂的模样；看到了自己一边置身兵部职方司埋头公务，一边又与恩师徐光启交流西学，他之前未曾想到除了圣贤书外世上还有如此学问，能将宇宙万物剖析得那么透彻，原来地球和火星一样是围绕太阳的惑星，靠太阳的引力维持圆形轨道运转......;他又看到自己身披沉重铁甲，亲手操炮轰击犯边的奴酋，还有那铸炮操炮的无数个日日夜夜......
实话讲，他其实不想做官，也不想带兵，那些都是世间交给他的不得不完成的任务，一副想卸卸不了的担子，想完完不成的苦差。“致君尧舜上，再使风俗醇”，这是每个读圣贤书的人自然而然的理想，他也未曾怀疑过。但他真正心仪的，只是那些沉浸于学术的时光，那些埋头苦干探寻真理的日子，那些困惑已久一朝得解的畅快瞬间，那些同师友置酒清谈碰撞出思想火花的下午，那些抛开世间纷饶独自潜心钻研的静夜......只可惜这些即将要终止了！
孔有德、李九成、耿仲明，朝廷未曾负尔等，我未曾负尔等，甚至在你们的反叛行为昭然若揭，人人皆曰可杀时我还传令不得阻拦，心怀侥幸终成大错！孔有德全家都被后金所杀，孔等所部基本人人皆与后金有血海深仇，我原以为辽人可用，他们居然宁肯反叛朝廷也不肯上阵厮杀，登莱之民以膏粱供养叛军却反而遭到叛军的血腥屠戮。看来人心之深不可叵测，我是看错了人又用错了人啊，恨只恨自己仍旧是懦弱书生，不敢把手中尚方宝剑及时出手！
忽然，牢门的响声把他惊醒，原来天色已亮，自己的儿子孙和斗前来探监了。
看到昔日引以为豪的父亲面临极刑，养尊处优的少年一夜间长大了。他进到牢房叫一声爹，又用毛巾为孙元化擦拭脸手，又在木桌上摆开酒食，又在一边啜泣起来。
孙元化淡然面向儿子说到：“事已至此，哭又有何用？为父时日无多，留下三条家训赠你吧。”
其子表示恭听，孙元化于是说到：“其一，今日之事罪在我身，不可对朝廷处置心怀怨望；其二，我毫不怀疑我孙家后人皆敬天明理、安守本分，但不可只有菩萨心肠而无霹雳手段，反为歹人所趁；其三，不能识人者不得为官，以免害人害己。”
其子一一书写下来，少顷，元化又说：“我将赴西市问斩，此处已有袁督师、熊经略作陪，还有于谦于少保在前，我此行并不孤单，亦不受辱。你且记下了。”
言毕，元化仰望苍天叹道：“听利玛窦神父说泰西佛罗伦萨有人只从事研究和教学生，待遇也不错，像本朝官员一样受尊重......我是赶不上这种时代了，希望孩子你能赶上...”
少年茫然不知元化所云，只是便啜泣边记录。
孙元化沉吟半响，忽然说到：“孩子，我想明白了，现在已然不是太平年月，仕途已然走不通了！如今是乱世，是比拳头大小的时代。等这边的事一了，你就投军去吧。吴开先将军的护国军是大明最有朝气的队伍，你就去投他，从普通小兵踏踏实实地做起，说不定就此能改变父祖懦弱的根。”
少年点头答应下来，孙露出欣慰的笑。不久探视时辰已尽，门外狱卒敦促，少年向孙元化恭恭敬敬磕了三个头，挥泪作别。
数日后，缇骑进入昭狱，提出孙元化、张焘押赴西市。午时三刻，原右佥都御史登莱巡抚孙元化和总兵官张焘，因封疆失疆和丧师失地被斩于市。同日，原山东巡抚余大成，充军发配三千里；原登莱道宋光兰、辽海监军王徵，充军发配三千里；原兵部尚书熊明誉，革职听勘；原兵部侍郎总督山东军务刘宇烈，逮入昭狱。
此时，他的老恩师徐光启正拿着他最后的字迹在默默流泪，上写道：
幼年求学壮从军，悲时艰，天地可有路？
命薄长辞知己少，回眼望人生，所处皆苦。
欲将只手擎天柱，未曾料，祸起萧墙处。
书生报国如临渊，一朝不慎，便以命来补。
人生勇担当，何顾荣辱！
谁不是？生命如苇，功名如土。