明天启元年（1621），努尔哈赤打败了杨镐率领的明军，正野心勃勃，企图入主中原，一举灭亡明王朝。这一年初春，孙元化带着《备京》《边防》两策，专程从家乡赶到北京，准备上书言事。他在策文中说："欲修守备在利器用，而器之能及远者莫如铳，置铳于层台之上，可以杀敌于十里之外。"极力主张用先进的西洋火炮护京卫辽。当朝吏部给事中侯震旸是嘉定同乡，他看了孙元化的两策后，十分赏识孙元化的胆识和才干，拍案叫绝，竟不避同乡之嫌，极力向朝廷举荐。

孙元化一出山就推崇火炮，作为火炮专家，他深知西洋大炮（时人称之为"红夷大炮"）的威力，主张应让其在抗击后金的战斗中发挥作用，这也是他与老师徐光启共同的想法。明代万历时期，荷兰战舰开始闯入我国海域，这批海盗的红头发红胡须令人惊异，于是他们便获得了"红毛番"或"红毛夷"的雅号。

天启元年（1621），荷兰人企图夺取已被葡萄牙人侵占的澳门，被击退。明军从遗弃的破船上找到了一批火炮，口径大，射速快，命中率高。一般炮长在3 米左右，口径110毫米至130毫米，重量可达2000公斤以上，要四头牛拉。与此相比，明朝原有的火铳真是"小巫见大巫"。

红夷大炮的炮管长，管壁很厚，而且是从炮口到炮尾逐渐加粗，符合火药燃烧时膛压由高到低的原理，杀伤力增强，不易炸膛。最突出的优点是射程，红夷大炮可以轻松打到七八里外，史籍记载最远可达十里，且威力巨大，"每炮所中，糜烂可数里"。而中国火炮的炮身上下一样粗，当时最先进的火炮只能打到三里。

徐光启和孙元化是最早重视红夷大炮在军事上发挥作用的中国人。孙元化曾著有《西法神机》一书。《西法神机》是我国最早的火炮学专著，"首论铸炮，次论制药，后论命中之由，并绘图式"。而徐光启认为"以炮护城，以城护民，御敌之策，莫过于此"。他曾奏请朝廷购买西洋火炮，以武装明军，得到朝廷的批准。