黃八幡”北條綱成已年近六十，他按照氏照的指示，率領關東軍隊保護東山。不久，探馬來報：“武田軍正朝東山殺來。”東山是位於三增峠東側的一座丘陵，若武田軍佔領東山，便可俯視三增峠至志田峠一帶，是指揮軍隊的有利地形。馬場信房所部首先到達三增峠，隨後是內藤昌豐所部、輜重隊及武田勝賴所部，淺利信種所部一千人擔任殿後。綱成立即派人把武田軍動向告知氏照，並建議在敵軍登上東山之前，攻擊護送輜重隊的武田軍中路各部。年輕的氏照未採納綱成的建議，他只派出部隊襲擾敵人行進，準備以逸待勞，等到武田軍到達山頂時再迎頭痛擊。不久，武田軍中路部隊便登上了東山。

這時，氏照才下令進攻東山，接到命令的綱成派關東諸將展開進攻。臼井眾、佐倉眾、小金眾和巖槻眾藏於草叢中，向東山頂殺去。此時，東山上傳來武田軍士兵的喊話聲：“汝等本為北條之敵，不得已而臣服，如今何以與之為伍？若棄北條而聯武田，吾軍可救汝等於水火。臼井城城主　原公　已與吾主互遞書狀，兩家現為聯盟矣。”關東諸將皆是不得已才加入北條軍，聽到喊話，皆有後退之意。探馬立刻將此事報予綱成，綱成知道大事不好，急命人向關東諸將傳話：“勿受賊軍蠱惑，違令不前者，立斬。”但關東諸將已經動搖，綱成之命收效不大。氏邦命山家眾攻擊東山上擾亂軍心的武田軍，但聽到喊話後，山家眾也開始動搖。

見關東諸將猶豫不決，攻勢變緩，武田軍主力趁機向志田峠推進。綱成見事態緊急，便命弟弟北條綱義暫掌兵權，自己趕回本陣，向氏照進言：“欲破敵蠱惑之計，需攻其中路，若敵越志田峠，進入尾根，則陷吾軍於不利。”氏照這次還算不錯，答應了反攻三增峠的武田軍。氏照將主力分佈於三增峠道路兩側，展開進攻。綱成嫡子北條氏繁率兵二千餘人，在山腰森林中與淺利信種所部遭遇。只聽東山上武田本陣中傳出三聲槍響，聽到進攻訊號的昌景所部加速朝志田峠方向運動，進逼氏邦軍隊。

淺利信種騎於馬上，手持長槍，來回衝殺。家僕急忙上前道：“大人，於馬上易中流彈。”信種殺得起勁，根本不聽，仍於馬上揮槍殺敵，不料被氏繁所部的火槍擊中，當場斃命。曾根昌世迅速以檢使身份接管指揮，並命令道：“守護輜重，不得擅追逃敵。”馬場信房、武田勝賴兩部人馬受氏照本隊兩面攻擊，陷入苦戰。為保護輜重隊，內藤昌豐甚至命車伕拿起刀槍一起禦敵。

信房率隊衝出包圍，奔向峠頂，勝賴所部卻被北條軍纏住，無法突圍。東山上不斷傳出火槍聲，連發或單發，信玄以槍聲指揮軍隊行動。三增峠陷入苦戰的信房、勝賴、昌豐、昌世四員大將聞槍聲齊聲吶喊，他們從訊號中得知，昌景已經突破氏邦所部的阻擊，成功越過志田峠，進入尾根，並切斷了北條軍後路。氏照見形勢不妙，下令撤退。武田軍中路四隊隨後掩殺，緊追不放，並趁勢登上三增峠。

一直駐守東山的信玄本隊三千兵馬也衝下山來，攻擊綱成的關東諸軍。臼井眾、佐倉眾、小金眾等關東諸部已然全無鬥意，綱成雖一再督促，卻罔費口舌。北條軍被武田軍趕到三增峠，三面受敵，關東諸將見勢頭不好，紛紛逃出戰場。

北條氏猛將　大石遠江守　身著白袍，揮動鐮鎚，奮力殺敵，包圍他的武田軍士兵非死既傷，不得前進半步。鐮鎚崩斷，大石遠江守改用太刀繼續作戰。信玄於東山上俯視戰場，見那白袍大將如此勇武，頓生愛意，便向勝賴傳令道：“生擒那白袍武士。”勝賴麾下武士一擁而上，將大石遠江守按倒在地，生擒活拿。北條軍好不容易衝出重圍，逃入半原山。後來，大石遠江守成為信玄家臣。三年後，武田、北條兩家講和，信玄才準他返回小田原城。

武田軍於戰場上進行首級檢，並記於首帳（首帳：記載取得敵人首級數目的戰功簿），此役討殺北條軍三千二百六十九人。隨後，武田軍渡過沓地川的山王灘，在河灘平原上舉行盛大的慶功儀式。信玄在儀式中封內藤昌豐為護刀大將，以表彰其完成守衛輜重的重責，又封山縣昌景為護弓大將　（記於《甲陽軍鑑》）。

當晚，武田軍在道志河畔過夜。次日，即十月初七清晨，下起大雪，武田軍向甲斐退兵。從道志到甲斐街道約有一里路程，近二萬人的武田大軍冒雪在山路中行進，數日後來到信濃的諏訪村。信玄命全軍在諏訪村駐紮，暫避大雪。諏訪村設有諏訪神社的分社，但只是孤廟一座。諏訪神社的分社很多，而且這個分社又沒有神官，所以士兵對這個分社不以為然。武田軍士兵飢寒交迫，又無處尋覓草薪，只好拆除神社宮殿的設