10年（1582年）的甲州征伐中，以总大将身份率领美浓、尾张的军势5万人与德川家康、北条氏政一同开始进攻武田领地。信忠从伊那方面进军，一路上攻略信浓南部的武田家据点饭田城、高远城。在攻略高远城时，亲自冲入城门口并站在阵前，破坏木栅并登上塀上命令军队（『信长公记』卷15）。因为信忠进击迅速，未能整理形势并从诹访撤退的武田胜赖放弃并烧燬新府城后逃亡。信忠开始进行追击，在信长本队进入武田领地前，逼使武田胜赖、信胜父子在天目山之战中自杀，令武田家灭亡。3月26日，进入甲府的信长因为信忠的战功而赏赐腰物「梨地莳」