先头部队，板垣信方因此放松警惕开始清点敌方尸首。村上军借此机会发动反击。遭突然袭击的板垣军陷入混乱、板垣信方在上马时被敌兵用长枪挑死。村上军借势发动勐攻、后面的武田军遭到先头溃败部队的冲击也开始瓦解。村上义清试图攻入武田晴信的本阵，被内藤昌丰和马场信春拼死击退，晴信也二处负伤。这次战斗武田死亡人数达700人（也有说1200人），村上军死亡人数达300人（也有说1700人）。至今上田原地区还随处可见这次战斗留下的墓碑。武田军的板垣信方、甘利虎泰战死，晴信尝到出征以来的首次大败、村上军的屋代基网