1582年2月28日，武田勝賴率軍從諏訪退回新府城。諏訪等地被織田信忠所得，織田信忠下令燒毀了歷代保佑武田家的諏訪神社。3月3日，武田勝賴召集眾將在新府召開會議商量對策。勝賴之子武田信勝言道：“父親大人，甲斐乃我武田家根本，應堅守城池，死戰到底！”“混賬東西，你懂什么，退下！”真田昌幸建議道：“我真田家受信玄公厚恩，如若大人不棄，可到北邊上野的巖柜城暫避。一則該地在我真田領內，與沼田城成犄角之式，可相互策應。二則，巖柜城與上杉家接壤，如果有變可以借上杉之勢。”小山田信茂阻止道：“巖柜城路遠難行，加之積雪深厚，如果要跑還不如向東去我領地內的巖殿城，尋求北條家的幫助。”“糊涂！北條家已攻陷我家數城，豈可再去找他幫忙。”眼見兩人吵的不可開交。近臣長坂長閑說話了，“想當年武田、今川、北條三國同盟，北條家與我頗有淵源，豈有見死不救之理，而且主公萬金之體豈可再長途涉險。”“卿言甚善，正合我意。就由信茂帶路，逃往巖殿城。”真田昌幸只能苦嘆一聲，想當年連高坂昌信都不能勸阻勝賴，何況是自己。只能率兵回上野的沼田城據守。
3月7日，織田信忠大軍殺入新府城，將城內的武田親族全部處死，一條信龍、諏訪賴豐、武田逍遙軒等人遇害。逃往巖殿城的武田勝賴、信勝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軍鐵炮隊的熱烈歡迎。小山田信茂回想起之前與馬場信春、內藤昌豐等人飲泉的畫面內心也是糾結了很久才決定反叛，以致于沒能擒獲武田勝賴父子。武田勝賴如喪家之犬，只能前往武田先祖武田信滿自殺的天目山棲云寺暫避。3月11日，德川家康、穴山信君與織田信忠會面，商討今后的作戰計劃。同日，逃往天目山的武田勝賴一行，被織田家的瀧川一益發現。
讓瀧川一益吃驚的是，武田勝賴區區不到100人，面對織田軍3000人的陣勢毫無恐懼之色，而且各個奮勇向前，十分英勇。大將土屋昌恒催馬殺入織田軍中，無人可當。****勝寶更是殺到了瀧川一益面前，但是被鐵炮齊射所傷，死于馬下。瀧川一益見3000人馬已損失1000有余，下令后撤準備整軍再戰。土屋昌恒憑其武勇在此戰后被人稱作“單手千人斬”。見敵勢稍退，武田勝賴、信勝父子準備切腹，武田勝賴拿起短刀，邊流淚邊說道：“月色朦朧，云淡霞隱，但見晴空，落于西山！”，說完自盡，年僅37歲。其手下家臣：長坂長閑、土屋昌恒、跡部勝資、秋山親久兄弟、大熊朝秀等人也全部殉死。武田勝賴的妻子桂林院殿（北條氏康的第六個女兒）僅僅19歲，聽聞丈夫自殺，說道：“紛亂之世如黑發，遼無邊際。念君之思似朝露，幾多光陰。”之后，帶領16名侍女也跳入深潭而死。至此，從清和源氏的源義光時代就享譽天下的武家名門甲斐武田氏嫡流滅亡。
德川家康得到消息后，讓穴山信君寫信勸降了唯一還在反抗的田中城守將依田信藩。3月14日，瀧川一益將武田勝賴父子的首級送到了行軍至浪合的信長大營中。織田信長命近侍長谷川宗仁，將兩人的首級送到京都梟首示眾。3月16日，武田信玄弟弟武田信繁的嫡子武田信豐被家臣下獸根信恒暗殺。曾經背叛武田勝賴的小山田信茂向織田家投降，信長讓信忠自行判斷。織田信忠言道：“背叛武田勝賴，小山田乃是至今未有過的不忠之人，應斬其全家。”之后將小山田信茂一家在甲斐的善光寺處刑。上田城的真田昌幸，最后也向織田信長投降。武田信玄的次子海野信親因為天生失明所以被信玄送入佛門，其聽到滅族的消息后，讓人掩護自己的兒子信道逃生后自殺。武田信道后來在德川家康的掩護下，逃過了織田軍的追殺，活到了江戶時代。
3月21日，織田信長大軍抵達諏訪，北條氏政也派來使者，慶祝此戰大捷。3月23日到29日，信長連續召開宴會，對參加“甲州征伐”的眾人進行論功行賞。瀧川一益奪得武田勝賴父子首級乃為首功，獲封上野一國、小縣郡、佐久郡兩郡之地。一益苦笑道：“比起領地，我更希望您賞賜給我被稱為安土名物的茶器‘珠光小茄子’呢。”“唉？一益武運正勝，何出此言。讓你駐扎上野，可知我的用意啊？”“莫非，您想讓我攻取關東之地？”“沒錯，如今的北條氏已大不如從前，而且佐竹、里見兩家對其又虎視眈眈，關東可取。等你取得了關東，我再將“珠光小茄子”賞賜給你，咱倆一起品茶論道。現在么，還是賞賜你名馬“海老鹿毛”和這柄短刀吧！”“謝大人，在下一定鞠躬盡瘁為您攻取關東。”河尻秀隆獲賜甲斐一國，加諏訪郡（用于交換穴山信君在甲斐國的領地）。德川家康獲賜駿河一國。木曾義昌除木曾谷（本來的領地）外，獲賜筑摩郡、安曇郡兩郡。森長可獲賜高井郡、水內郡、更科郡、埴科郡四郡。毛利長秀獲賜伊那郡。穴山信君獲賜甲斐國內（本來的領地）、并承認其子勝千代（之后改名武田信治）為武田氏當主。森成利繼承森長可舊居城美濃兼山城。團忠正繼承河尻秀隆舊居城美濃巖村城。至于北條氏政，只獲得了自己打下來的駿河國的邊角地，其他一點好處也沒撈到。封賞完畢后，信長將路上擬定的十二條辦法傳諭各人，并繼續向著甲斐國前進。
信長十二條辦法：
關所不許征稅。
只許向農民征收年貢，不許征稅。
盡量說服盡忠求死之人，抵抗者，讓其自盡或追放。
關于上訴必須用心查明后再做解決。
對有名的武士們要鄭重對待，切忌疏忽大意。
支配者一二人的貪心會引起所有人的不滿，繼承領地財物時，一定要平等分配，包括新招入的家臣。
之前在尾張國和美濃國舊領地得力的家臣，有想同來新領地的，可繼續任用。不想來的，不可強求。
各個城池要細心修復。
囤積鐵炮、彈藥、兵糧。
各人在治理的領地內修建道路。
不許為領地的界限劃分而爭斗。
應相互監督，有人違反可直接來找信長上訴。
4月信長進入甲斐國，在臺原（今北杜市），第一次見到了富士山，感嘆其雄偉不愧為日本第一山。4月3日，信長到達已經燒毀的前武田信玄的居城——躑躅崎館。另一方面，織田信忠來報，國內還有許多武田殘黨活動，勸信長早日返回安土。信長不以為然，并下令信忠追討武田殘黨。織田信忠下令傳達各村，獻出武田家武將首級者賞賜黃金。這樣，被稱為“武田狩獵”的活動就在當地村民中展開。其中影響最大的人物要數恵林寺的快川紹喜了，原近江六角家的六角承禎和足利義昭派來武田家的親信大和淡路守，聞武田勝賴已死，逃往恵林寺避難。織田信忠命主持快川紹喜交出二人，但遭到了拒絕，遂放火燒寺，全寺僧人無一幸免。快川紹喜的辭世句為“安禪不必用山水，滅卻心頭火亦涼。”其弟子虎哉宗乙，因成為伊達政宗的良師而流傳后世。聞之此事后，德川家康迅速展開行動，暗中收留保護了大量武田家的遺臣，一方面為收買人心，另一方面招攬人才，為自己日后囤積實力。
4月10日，信長從甲府出發，經由德川家康的領地東海道一邊游覽，一邊返回安土。16日，信長眾人到達了家康居城浜松城，受到了家康君臣熱情的招待。21日，信長返回安土城。正親町天皇來信希望信長能在太政大臣、關白、征夷大將軍三個官位中選擇以個就任，可信長笑了一笑給天皇回信道：“世界很大，我想去看看。”（歷史上回信內容不明）。