この鳶ヶ巣山攻防戦によって武田方の動きは、主将の河窪信実（勝頼の叔父）をはじめ、三枝昌貞、五味高重、和田業繁、名和宗安、飯尾助友など名のある武将が討死。武田の敗残兵は本隊への合流を図ってか豊川を渡って退却するものの、酒井奇襲隊の猛追を受けたために、長篠城の西岸・有海村においても春日虎綱の子息・香坂源五郎（諱は「昌澄」ともされるが不明）が討ち取られている。このように酒井隊の一方的な展開となったが、先行し深入りしすぎた徳川方の深溝松平伊忠だけは、退却する小山田昌成に反撃されて討死している。
設楽原決戦.
織田・徳川軍には主だった武将に戦死者が見られないのに対し、『信長公記』に記載される武田軍の戦死者は、譜代家老の内藤、山県、馬場を始めとして、原昌胤、原盛胤、真田信綱、真田昌輝、土屋昌続、土屋直規、安中景繁、望月信永、米倉丹後守など重臣に及び、被害は甚大であった。
勝頼はわずか数百人の旗本に守られながら、一時は菅沼定忠に助けられ武節城に篭ったが、信濃の高遠城に後退した。
長篠合戦の政治的な影響.
長篠における勝利、そして越前一向一揆平定による石山本願寺との和睦で反信長勢力を屈服させることに成功した信長は、「天下人」として台頭した。また、徳川家康は三河の実権を完全に握り、遠江の重要拠点である諏訪原城・二俣城を攻略していき、高天神城への締め付けを強化した。
武田氏は長篠において、重臣層を含む多くの将兵を失う大敗を喫し、領国の動揺を招いた。武田氏は長篠の敗退を契機に外交方針の再建をはかり、相模後北条氏の甲相同盟に加え、越後上杉氏との関係強化や佐竹氏との同盟（甲佐同盟）、さらに里見氏ら関東諸族らと外交関係を結んだ。その一方で、長篠の戦いの結果、武田氏が対織田・徳川戦に集中せざるを得なくなった結果、関東に対する影響力を低下させたとする見解もある。
長篠城主・奥平貞昌はこの戦功によって信長の偏諱を賜り「信昌」と改名し、（もともとそういう約定があったが）家康の長女・亀姫を貰い受け正室とした上、家康所有の名刀「大般若長光」を賜るという名誉を受けた。さらにその重臣含めて知行などを子々孫々に至るまで保証するというお墨付きを与えられ、貞昌を祖とする奥平松平家は明治まで続くこととなる。また、武田に処刑された鳥居強右衛門は後世に忠臣として名を残し、その子孫は奥平松平家家中で厚遇された。