任命总兵金国奇率领精锐的关宁铁骑作为前锋，直插叛军腹地；命邓玘率领步兵紧随其后，走中路向平度灰埠进军，负责牵制叛军主力；同时，调遣昌平总兵陈洪范，副将刘泽清、方登化率领南路大军进发；参将王之富、王文纬等人则率领北路大军从掖县海庙进军，形成对叛军的合围之势。
沙河一战，成为平叛战争的关键转折点。关宁铁骑在猛将祖宽的带领下，如同猛虎下山一般，向叛军发起了猛烈的冲击。关宁铁骑本就是大明最精锐的部队之一，战斗力极强，再加上祖宽指挥得当，叛军瞬间被打得溃不成军，尸横遍野。诸路明军乘胜追击，一路杀到莱州城下。叛军见大势已去，不敢恋战，趁着夜色向东逃窜，莱州之围终于得以解除。
解除莱州之围后，朱大典乘胜追击，指挥明军相继收复了招远、黄县等失地，将残余的叛军死死包围在了登州城中。孔有德见明军攻势猛烈，登州城迟早会被攻破，心中恐惧万分，便率领残部从海路逃至辽东，投降了后金（后来的清朝）。至此，登州重新回到了大明的统治之下，山东的叛乱被彻底平定。
在这场平叛战争中，朱大典虽是文臣出身，从未亲身上阵杀敌，但他作为全军的统帅，调度有方，指挥得当，立下了赫赫战功。要知道，当时前线的明军来源复杂，有朝廷直接管辖的正规军，也有地方招募的乡勇，还有各地调来的援军，“有主有客”，成分混杂，将领的水平也参差不齐，相互之间缺乏配合，甚至存在矛盾。在这样复杂的情况下，朱大典能够在短时间内将这些队伍捏合在一起，协调各方力量，发挥出最大的战斗力，足以看出他卓越的军事才能与领导能力。