在一番混战过后，板垣信方被村上军的上条织部所讨取。板垣信方所部的骑马武士被讨取四十余人、足轻被讨取一百五十余人。

随后，村上义清更是趁着自己发起反击后大胜，麾下军势已经士气高昂，便决定再接再厉，意图一举将武田军击败，将其逐出北信浓一带。之后，他就率军继续攻向了武田晴信的本阵所在地。

武田晴信眼下根本就没有料到已经被板垣信方部击溃的村上义清会在此时突然率军出现，甚至有了一闪而过的惊慌。在迅速镇定下来之后，武田晴信当即下令饭富虎昌、小山田信有等将分别从村上军的两翼进行夹击，务必将其击退。

可村上义清见武田晴信本阵的旗印近在咫尺，根本不甘心再次败走，便率麾下旗本七百余军势再度猛攻武田晴信的本阵。同时，原先正在四散溃逃的村上军在得知村上义清发起反击将板垣信方讨取后，也从四面八方向武田军本阵涌来。

在战斗中，村上家的旗本众个个无不奋勇当先，死战不退，导致遭到突袭的武田军本阵很快乱成一团。

甘利虎泰、才间河内守、初鹿野高利等多名武田家有力武将皆在混战之中先后被村上家的旗本众所讨取，就连武田晴信本人在与村上军的激战之中被村上义清砍伤了右手。

若不是村上义清的胯下战马被武田军刺伤，恐怕武田晴信就有身首异处了。

就在武田晴信万分危急之时，武田信繁、教来石景政（马场信房）、工藤昌丰（内藤昌丰）等将迅速赶到，联合小山田信有部一同对村上义清的旗本众进行夹击猛攻。由于武田信繁、小山田信有、马场信房、内藤昌丰等部死战不退，导致村上义清几乎寸步不得前进，只能眼睁睁的看着武田家的家臣们将已经受伤的武田晴信顺利救走。

武田家重臣小山田信有的领内由于冬季降雪较多，因此小山田信有所部非常善于应对这样的恶劣天气。故而在小山田信有的殿军奋战之下，武田军这才得以脱离险境，成功逃离村上领。但是，武田军也因此付出了被村上军讨取一千两百余人的代价，余者几乎是人人带伤，同时还丢弃了不少粮草辎重。

夕阳西下，照得上田原的平原上是一片血红。一千两百余武田军与六百余村上军的尸体交错狼藉。

虽然村上家获得了上田原之战的胜利，但也付出了小岛重成、雨宮正利、牧岛基永、屋代基纲、等诸多有力武将的阵亡。

武田晴信在脱险后非常庆幸先前的英明决定——将笠原清繁的正室赐给小山田信有。看来舍得赠美人才能换来猛将效命。

但是，被村上家击败后的武田晴信感到非常不甘心，继续滞留在内山城一带很久，根本不想承认自己已经在上田原一战战败的事实。

三十岁不到的武田晴信，第一次为了年轻气盛付出了惨痛的代价。

上田原之战的结果给了武田晴信当头一棒，武田家不仅败了，甚至还付出了板垣信方、甘利虎泰两个左膀右臂，顺带甲斐、南信浓的一千两百余武士、足轻丢了小命。

到了次月，武田晴信在军师山本勘助，以及大井夫人（武田晴信之母）派来的使者野村筑前守、春降出云守的轮番劝说之下总算是想通了。

毕竟眼下的武田军经过上田原一战惨败后，士气正处于低谷，而且由于大雪的原因导致补给困难，完全无法继续与村上家进行交锋。

随后，武田晴信就取道诹访郡上原城，于天文十五年十二月末，率残部返回了甲斐国。