天文19年(1550年)7月在大町豪族仁科道外指引下，武田军分路攻入信浓。信玄攻占 深志城(后来的 松本城)定为信州主城，以马场信房为守备。另一方面因硬攻难以奏效，信玄召原信浓豪族海野栋纲子真田信隆为家臣，展开了对义清控制下信浓豪族的拉拢劝诱工作，真田在北信浓奔走，徐徐但有效地动摇了义清的根基，瓦解了村上势力。九月信玄趁 村上义清与 高梨政赖交战，攻击户石城，义清家臣多人反正。但户石城地形复杂，攻城失败。义清迅速与高梨和解回军救援，村上义清与小笠原长时两面夹击再度击退了武田军的进攻，武田军后撤，横田高松等战死。(史称 户石崩)天文20年(1551年)5月，村上义清出兵救援小笠原被保科仁信队所阻止。真田信隆趁机攻取户石城，同时武田军攻破平濑城，小笠原势力滨临崩溃。天文21年(1552年)正月高远赖继反叛失败自杀，五月 小笠原长时离开信浓，到处流浪，无力复国。至天文二十二年(1553年)，信玄修建攻略信浓的军用道路，克服地形不利，武田军三路进击征伐村上义清， 北条氏康也传令关东北条势支援，义清已难以抵御信玄的攻势，北信诸城陆续落城或反正。村上义清与小笠原长时一起逃往越后投靠 长尾景虎(上杉谦信)，由此引出了信玄与其终生强敌的精彩较量。至此“甲斐之虎”几乎已经称霸了整个信浓地区。
三国同盟
天文19年(1550年)6月嫁给今川义元的信玄姐( 定惠院)病逝。在此同时，信玄调解骏河今川，相模北条间矛盾。天文二十三年(1554年)在 太原雪斋斡旋下的三家互相建立姻亲关系，于善德寺三国会盟。(长男武田义信迎娶了义元的女儿，信玄的女儿则嫁给北条氏政，还有北条氏康的女儿嫁给今川氏真)。日本东部三大强国之间的同盟正式缔结了。三国同盟正式成立。从此北条可以全身心的致力于先祖早云三岛瑞梦的实现。今川则力图打通东海道，西上京都取代足利氏为将军。而武田也终于保障了侧背，信玄得以专心平定信浓。全力向西、向北，攫取富饶的大米产地。
两雄对决
由于村上义清、高梨政赖请求越后的上杉谦信支援，夺回领地，天文二十二年(1553年)上杉军在八幡与武田军交战。从此两军在北信浓 川中岛地区进行了五次会战(1553，1555，1557，1561，1564)。武田信玄 和上杉谦信的五次川中岛大会战，(史称 川中岛合战)被认为是日本战国时期最惨烈的会战，由于双方势均力敌且都精通战法，总体上并没有决定性的战果，上杉氏保存了越后的据点，武田信玄也平定了信浓地区。
相对应的信玄被称为“甲斐之虎”，谦信则被称为“越后之龙”。在永禄四年(1561年)爆发，是五回的川中岛合战中最激烈和悲壮的战争。说到川中岛合战中，很多人想起信玄与谦信的对决那一幅绘画，但实际上，第四回川中岛合战是五次大会战中最激烈，悲壮的一次，且两位在战略和行军调配上，都是平分秋色。
以下是第四回川中岛合战的概说。永禄四年六月下旬，谦信从关东退兵归来，与此同时，陆奥会津的 芦名盛氏和出羽的大宝寺义增的援军来到越後。在同年八月十六日，谦信命 长尾政景为 春日山城的留守大将，而谦信亲率一万三千大军向信浓进攻。而另一方面，武田信玄得悉上杉谦信的攻击信浓消息後，率领一万八千大军援助海津城的防备，向北信浓进发。
该战的经过是，在同年九月十日，两军在川中岛爆发激战，上杉谦信占领妻女山为本阵，与武田军的海津城对峙。在九月十日早上，上杉谦信率兵渡过千曲川向八幡原与武田军对决。初时，武田军陷入苦战，但是得到武田奇袭队的支援，在侧翼夹击上杉军，使上杉军陷入劣势，伤亡惨重，最後往善光寺撤退。此战过後，武田军的大将 武田信繁、山本勘助、诸角虎定、初鹿野源五郎、油川信连和三枝守直等有名武将皆战死，使武田军元气大伤。上杉谦信在九月十三日，在军中论功行赏，并感谢诸将在是次战役上的奋战，虽然上杉方的亲族在战争中皆战死，但亦杀退了武田军数千士兵而尤感大胜，在此一生也忘不了有功之将的名誉与忠节，并且赏赐金钱予有功之将。
而信玄在十月十一日，在土屋丰前守的感谢下，得到谦信的部份势力范围，武田信玄领有水内郡和田城和长池城的二百多贯的土地，而整合了战争中的利益，武田信玄是实质的胜利者。弘治元年逼降信浓木曾谷的 木曾义昌，并将女儿许配给他。又陆续让儿子部将继承信浓各豪族的家督，进一步控制信浓各地。
啄木鸟の战法：
