1582年2月28日，武田胜赖率军从诹访退回新府城。诹访等地被织田信忠所得，织田信忠下令烧毁了历代保佑武田家的诹访神社。3月3日，武田胜赖召集众将在新府召开会议商量对策。胜赖之子武田信胜言道：“父亲大人，甲斐乃我武田家根本，应坚守城池，死战到底！”“混账东西，你懂什么，退下！”真田昌幸建议道：“我真田家受信玄公厚恩，如若大人不弃，可到北边上野的岩柜城暂避。一则该地在我真田领内，与沼田城成犄角之式，可相互策应。二则，岩柜城与上杉家接壤，如果有变可以借上杉之势。”小山田信茂阻止道：“岩柜城路远难行，加之积雪深厚，如果要跑还不如向东去我领地内的岩殿城，寻求北条家的帮助。”“糊涂！北条家已攻陷我家数城，岂可再去找他帮忙。”眼见两人吵的不可开交。近臣长坂长闲说话了，“想当年武田、今川、北条三国同盟，北条家与我颇有渊源，岂有见死不救之理，而且主公万金之体岂可再长途涉险。”“卿言甚善，正合我意。就由信茂带路，逃往岩殿城。”真田昌幸只能苦叹一声，想当年连高坂昌信都不能劝阻胜赖，何况是自己。只能率兵回上野的沼田城据守。
3月7日，织田信忠大军杀入新府城，将城内的武田亲族全部处死，一条信龙、诹访赖丰、武田逍遥轩等人遇害。逃往岩殿城的武田胜赖、信胜父子在路上遭到了小山田信茂的背叛，于笹子峠受到了小山田军铁炮队的热烈欢迎。小山田信茂回想起之前与马场信春、内藤昌丰等人饮泉的画面内心也是纠结了很久才决定反叛，以致于没能擒获武田胜赖父子。武田胜赖如丧家之犬，只能前往武田先祖武田信满自杀的天目山棲云寺暂避。3月11日，德川家康、穴山信君与织田信忠会面，商讨今后的作战计划。同日，逃往天目山的武田胜赖一行，被织田家的泷川一益发现。
让泷川一益吃惊的是，武田胜赖区区不到100人，面对织田军3000人的阵势毫无恐惧之色，而且各个奋勇向前，十分英勇。大将土屋昌恒催马杀入织田军中，无人可当。****胜宝更是杀到了泷川一益面前，但是被铁炮齐射所伤，死于马下。泷川一益见3000人马已损失1000有余，下令后撤准备整军再战。土屋昌恒凭其武勇在此战后被人称作“单手千人斩”。见敌势稍退，武田胜赖、信胜父子准备切腹，武田胜赖拿起短刀，边流泪边说道：“月色朦胧，云淡霞隐，但见晴空，落于西山！”，说完自尽，年仅37岁。其手下家臣：长坂长闲、土屋昌恒、跡部勝资、秋山亲久兄弟、大熊朝秀等人也全部殉死。武田胜赖的妻子桂林院殿（北条氏康的第六个女儿）仅仅19岁，听闻丈夫自杀，说道：“纷乱之世如黑发，辽无边际。念君之思似朝露，几多光阴。”之后，带领16名侍女也跳入深潭而死。至此，从清和源氏的源义光时代就享誉天下的武家名门甲斐武田氏嫡流灭亡。
德川家康得到消息后，让穴山信君写信劝降了唯一还在反抗的田中城守将依田信藩。3月14日，泷川一益将武田胜赖父子的首级送到了行军至浪合的信长大营中。织田信长命近侍长谷川宗仁，将两人的首级送到京都枭首示众。3月16日，武田信玄弟弟武田信繁的嫡子武田信丰被家臣下兽根信恒暗杀。曾经背叛武田胜赖的小山田信茂向织田家投降，信长让信忠自行判断。织田信忠言道：“背叛武田胜赖，小山田乃是至今未有过的不忠之人，应斩其全家。”之后将小山田信茂一家在甲斐的善光寺处刑。上田城的真田昌幸，最后也向织田信长投降。武田信玄的次子海野信亲因为天生失明所以被信玄送入佛门，其听到灭族的消息后，让人掩护自己的儿子信道逃生后自杀。武田信道后来在德川家康的掩护下，逃过了织田军的追杀，活到了江户时代。
3月21日，织田信长大军抵达诹访，北条氏政也派来使者，庆祝此战大捷。3月23日到29日，信长连续召开宴会，对参加“甲州征伐”的众人进行论功行赏。泷川一益夺得武田胜赖父子首级乃为首功，获封上野一国、小县郡、佐久郡两郡之地。一益苦笑道：“比起领地，我更希望您赏赐给我被称为安土名物的茶器‘珠光小茄子’呢。”“唉？一益武运正胜，何出此言。让你驻扎上野，可知我的用意啊？”“莫非，您想让我攻取关东之地？”“没错，如今的北条氏已大不如从前，而且佐竹、里见两家对其又虎视眈眈，关东可取。等你取得了关东，我再将“珠光小茄子”赏赐给你，咱俩一起品茶论道。现在么，还是赏赐你名马“海老鹿毛”和这柄短刀吧！”“谢大人，在下一定鞠躬尽瘁为您攻取关东。”河尻秀隆获赐甲斐一国，加诹访郡（用于交换穴山信君在甲斐国的领地）。德川家康获赐骏河一国。木曾义昌除木曾谷（本来的领地）外，获赐筑摩郡、安昙郡两郡。森长可获赐高井郡、水内郡、更科郡、埴科郡四郡。毛利长秀获赐伊那郡。穴山信君获赐甲斐国内（本来的领地）、并承认其子胜千代（之后改名武田信治）为武田氏当主。森成利继承森长可旧居城美浓兼山城。团忠正继承河尻秀隆旧居城美浓岩村城。至于北条氏政，只获得了自己打下来的骏河国的边角地，其他一点好处也没捞到。封赏完毕后，信长将路上拟定的十二条办法传谕各人，并继续向着甲斐国前进。
信长十二条办法：
关所不许征税。
只许向农民征收年贡，不许征税。
尽量说服尽忠求死之人，抵抗者，让其自尽或追放。
关于上诉必须用心查明后再做解决。